生体膜ナノ構造の可視化と脂質網羅分析のための統合ナノ分析システム

用于生物膜纳米结构可视化和综合脂质分析的集成纳米分析系统

• 批准号: 22K18950
• 负责人: 川井 隆之
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18950/
• 关键词: 生体膜ナノドメイン; 走査型イオン伝導顕微鏡; エレクトロスプレーイオン化; 質量分析; 固相抽出; 電気泳動; 生体膜; リピドーム分析; ナノスケール分析

生体膜では特定の脂質とタンパク質が自己組織化することでナノドメインが形成され，重要な生体膜機能を制御することが示唆されているが，内在性脂質を直接的に解析する分析手法が存在しなかった。そこで本研究ではナノニードルを用い，走査型イオン伝導顕微鏡 (SICM) により非標識で生体膜ナノドメインを可視化・採取し，その後ナノニードル内部でクロマトグラフィーや電気泳動によって試料の精製・分離を行い，最終的にナノエレクトロスプレーイオン化質量分析 (nanoESI-MS) によって高感度・網羅的に脂質分析を行うシステムを開発する。ナノドメインの時空間情報と脂質分子組成などの化学情報の両方を取得することで，生体膜ナノドメインにおける生命現象を捉えられる統合ナノ分析システムを構築することを目標とする。まずHeLa細胞をモデル試料とし，新たにセットアップしたSICMでナノスケールイメージングを行ったところ，膜表面の微絨毛のナノ構造を捉えることに成功した。またナノニードルを用いて脂質のnanoESI-MS分析を試みたところ，nmol/Lオーダーの微量の脂質を良好な線形性で検出できることを確認した。続いて実際に細胞膜を採取して解析を試みたところ，安定的にシグナルを検出することが困難であった。これは膜の採取とともにPBSや細胞質などの夾雑物がニードルに採取され，イオンサプレッションが生じたことが原因であると考えられた。そこで，炭素鎖によって化学修飾したニードルを用いて脂質膜を吸引・吸着させ，有機溶媒を多く含む溶出液で溶出させることで分離・精製を行ったところ，複数の脂質を脱塩精製・分離してピークとして検出することに成功した。

The membrane is composed of specific lipids, which are self-organized, important membrane functions controlled, and intrinsic lipids analyzed directly. In this study, we investigated the use of SICM to visualize and capture the biological membrane without labeling, and then to refine and separate the sample by electrophoresis. The final product is nanoESI-MS, a highly sensitive and comprehensive lipid analysis system. The time and space information and lipid molecular composition information of the biological membrane are obtained. The biological phenomena are detected. The biological membrane is analyzed and constructed. HeLa cells were tested and the microvilli on the surface of the membrane were successfully identified. The nanoESI-MS analysis of lipids in the sample was performed to confirm the linearity of the lipid in the sample. In the middle of the day, the cell membrane was analyzed and the stability of the cell membrane was analyzed. The reason for this is that the membrane is not in the same state as the cytoplasm. For example, carbon chain is chemically modified by lipid membrane, and organic solvent is used to extract and purify lipid membrane.

项目成果

Surface morphology live-cell imaging reveals how macropinocytosis inhibitors affect membrane dynamics

表面形态活细胞成像揭示巨胞饮抑制剂如何影响膜动力学

• DOI: 10.1016/j.electacta.2022.141783
• 发表时间: 2023
• 期刊: Electrochimica Acta
• 影响因子: 6.6
• 作者: Ida Hiroki;Taira Noriko;Azuma Koichi;Kumatani Akichika;Akishiba Misao;Futaki Shiroh;Takahashi Yasufumi;Shiku Hitoshi
• 通讯作者: Shiku Hitoshi

Topographical evaluation of human mesenchymal stem cells during osteogenic differentiation using scanning ion conductance microscopy

• DOI: 10.1016/j.electacta.2023.142192
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: Electrochimica Acta
• 影响因子: 6.6
• 作者: Kota Nozawa;Xuyang Zhang;Takuo Nakamura;Yuji Nashimoto;Yasufumi Takahashi;K. Ino;H. Shiku

生体膜局所の定量的脂質プロファイリングに向けたマイクロニードル固相抽出-質量分析法の開発

局部生物膜定量脂质分析的微针固相萃取-质谱法的开发

• 发表时间: 2023
• 作者: Hirose Hisaaki;Maekawa Masashi;Ida Hiroki;Kuriyama Masashi;Takahashi Yasufumi;Futaki Shiroh;久保田 颯，伊藤 美由紀，今田 皇緑，劉 晨晨，鳥飼 浩平，木下 祥尚，松森 信明，川井 隆之
• 通讯作者: 久保田 颯，伊藤 美由紀，今田 皇緑，劉 晨晨，鳥飼 浩平，木下 祥尚，松森 信明，川井 隆之

生体膜マイクロドメインを標的とした微量脂質分析法の開発

针对生物膜微区的痕量脂质分析方法的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Hirose Hisaaki;Maekawa Masashi;Ida Hiroki;Kuriyama Masashi;Takahashi Yasufumi;Futaki Shiroh;久保田 颯，伊藤 美由紀，今田 皇緑，劉 晨晨，鳥飼 浩平，木下 祥尚，松森 信明，川井 隆之;久保田 颯，伊藤 美由紀，今田 皇緑，劉 晨晨，木下 祥尚，松森 信明，川井 隆之
• 通讯作者: 久保田 颯，伊藤 美由紀，今田 皇緑，劉 晨晨，木下 祥尚，松森 信明，川井 隆之

A noncanonical endocytic pathway is involved in the internalization of 3 μm polystyrene beads into HeLa cells

3 μm 聚苯乙烯珠内化到 HeLa 细胞中涉及非经典内吞途径

• DOI: 10.1039/d2bm01353c
• 发表时间: 2022
• 期刊: Biomaterials Science
• 影响因子: 6.6
• 作者: Hirose Hisaaki;Maekawa Masashi;Ida Hiroki;Kuriyama Masashi;Takahashi Yasufumi;Futaki Shiroh
• 通讯作者: Futaki Shiroh