非対称粘性下におけるモデル生体膜の変形機構

非对称粘度下模型生物膜的变形机制

基本信息

批准号：
23840031
负责人：
柳澤実穂
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011-08-24 至 2013-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞は、絶えず外界と膜を介した物質やエネルギーのやりとりを行いながら、生命活動を維持している。それゆえ、非平衡条件下での膜系の構造と物性を理解することは、生命を物理的に理解する上で必要だといえる。近年、細胞膜の基礎となる脂質2分子膜小胞(ベシクル)に、細胞膜の持つ構造的特徴や細胞内外の環境因子をボトムアップ的に付与し、それに応じた構造や形の変化を解析することが可能となってきている。実際に我々は、膜タンパク質モデルとして高分子結合型脂質を添加すると細胞の脂質ラフトのようなナノドメインが安定して形成されること(Yanagisawa et al., 2012 Softmatter)や、光応答性脂質を添加したベシクルに光照射すると膜組成に応じた崩壊が生じること(Diguet, et al, ら 2012 J.Am.Chem.Soc.)、蛋白質発現系をベシクルに封入すると遺伝子発現が膜によって加速されること(Kato et al, 2012 Sci.Rep.)などをこれまでに報告してきている。こうした研究の流れを発展させて、本研究では細胞内外が異なる粘性流体で占められている点に注目し、それをベシクルで再現した上で、膜内外の粘性の違いが膜の物性や変形へ及ぼす影響を解析した。初めに、高粘性であるゼラチンとPEG (polyethylene glycol)を溶解した2成分高分子水溶液をベシクル内に封入し、内部構造形成に伴う膜変形を観察した。この系は、水溶液中では温度低下に伴ってマクロに2相分離するが(論文投稿中)、ベシクル内では膜との相互作用によって、膜変形と相分離がカップルした新規な非平衡パターンを示すことを見出した(第67回日本物理学会年次大会にて発表)。また細胞のように、膜直下を高分子ゲル、内部をゾルで覆われたパターンも見られている。以上の結果は、細胞がどのように内部構造と形を共に制御しているのか、という機構を理解する上で重要な結果であると言える。

细胞保持重要活性，同时不断通过外界和膜交换材料和能量。因此，可以说，在非平衡条件下了解膜系统的结构和物理特性对于对生命的物理理解是必要的。近年来，已经有可能自下而上对细胞膜所具有的结构特征和环境因素的自下而上，这是脂质双层囊泡（囊泡），这是细胞膜的基础，并相应地分析结构和形状的变化。实际上，我们报道说，当添加聚合物结合的脂质作为膜蛋白模型时，诸如细胞脂质筏等纳米结构域被稳定形成（Yanagisawa等，2012 SoftMatter），当囊泡带有光伴随性脂质的囊泡与光照射的光呈现，并伴有膜片的含量（digucectiation contectiation n contistiation。 J.Am.Chem.Soc。），当蛋白质表达系统封装在囊泡中时，基因表达会被膜加速（Kato等，2012 Sci.Rep。）。通过开发这一研究流，我们集中于这样一个事实，即细胞的内部和外部被不同的粘性液所占据，并用囊泡再现了这一事实，我们分析了膜内和外部粘度差异对膜物理特性和膜变形的影响。首先，将含有高粘性明胶和PEG（聚乙二醇）的两个分量水性聚合物溶液封装在囊泡中，并观察到膜变形并伴随着内部结构的形成。随着水溶液中的温度下降（在论文提交中），该系统将两个阶段分为宏观，但是在囊泡中，发现膜变形和相位分离是与膜相互作用（在日本物理学会的第67届年度会议上呈现）。在膜下方还有一种聚合物凝胶的模式，内部覆盖的溶胶（如细胞）。可以说上述结果对于理解细胞如何控制内部结构和形成的机制很重要。