脂質膜におけるナノドメインの時空間パターン：細胞への物理的アプローチ

主に脂質からなる細胞膜には、機能を担うタンパク質が埋め込まれている。細胞膜は、それらが効率よく発現するための足場として、特定の脂質が会合したナノドメインを形成する。こうしたドメインの形成機構を明らかにするため、細胞膜モデルとしてベシクルが用いられてきたが、細胞の持つナノドメインは未だ再現されていない。そこで私は、ベシクルに細胞のもつ特徴を徐々に導入することで、ナノドメインを実現させることを目的として研究を行ってきた。研究計画初年度である今年は、これまでの脂質のみからなるベシクルでの相分離や膜変形現象(Yanagisawa, et al., 2010 Phys.Rev.E)を発展させ、より実際の細胞に大きく近づけた。例えば、遺伝情報を持つDNAを相分離ベシクルに加えると、DNAが負に帯電した膜へ特異的に吸着し、それに伴って構造転移を引き起こすことを見出した(Kato et al., 2010 J.Phys.Chem.Lett.)。またタンパク質であるイオンチャネルを膜内に再構築する上で、その挿入方向を制御する新規手法を構築した(Yanagisawa, et al., in revision)。さらにごく最近、膜タンパク質モデルとして高分子結合型脂質を膜内に導入することによって、本研究の目的である、ナノドメインを安定して形成させることに成功し、現在論文準備中である。これは、未解明なままとなっている「細胞がナノドメインを安定化させるメカニズム」を理解する上で、大変重要な結果だと言える。来年度は、上記DNAやイオンチャネルなど実際の生体高分子を含む系と、それらのモデルである高分子複合系を比較することで、細胞がメゾスケールのドメインをいかに制御しているのか、物理的に明らかにしたい。

主に脂質からなる細胞膜には、機能を担うタンパク質が埋め込まれている。細胞膜は、それらが効率よく発現するための足場として、特定の脂質が会合したナノドメインを形成する。こうしたドメインの形成機構を明らかにするため、細胞膜モデルとしてベシクルが用いられてきたが、細胞の持つナノドメインは未だ再現されていない。そこで私は、ベシクルに細胞のもつ特徴を徐々に導入することで、ナノドメインを実現させることを目的として研究を行ってきた。研究計画初年度である今年は、これまでの脂質のみからなるベシクルでの相分離や膜変形現象(Yanagisawa, et al., 2010 Phys.Rev.E)を発展させ、より実際の細胞に大きく近づけた。例えば、遺伝情報を持つDNAを相分離ベシクルに加えると、DNAが負に帯電した膜へ特異的に吸着し、それに伴って構造転移を引き起こすことを見出した(Kato et al., 2010 J.Phys.Chem.Lett.)。またタンパク質であるイオンチャネルを膜内に再構築する上で、その挿入方向を制御する新規手法を構築した(Yanagisawa, et al., in revision)。さらにごく最近、膜タンパク質モデルとして高分子結合型脂質を膜内に導入することによって、本研究の目的である、ナノドメインを安定して形成させることに成功し、現在論文準備中である。これは、未解明なままとなっている「細胞がナノドメインを安定化させるメカニズム」を理解する上で、大変重要な結果だと言える。来年度は、上記DNAやイオンチャネルなど実際の生体高分子を含む系と、それらのモデルである高分子複合系を比較することで、細胞がメゾスケールのドメインをいかに制御しているのか、物理的に明らかにしたい。