生体モデル膜における脂質の膜動態解析に基づく脂質非対称性の生理的意義の解明

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生体膜の内葉と外葉で非対称に分布する脂質が、その膜動態を介して生理機能の発現にどのように関与するのか、その分子基盤は未解明である。そこで、本研究では脂質分布の非対称性が長時間維持されるモデル膜の作製法を確立し、脂質プローブを用いた多様な計測手法によって、内外葉を構成する各脂質の動的挙動を観測することによって、脂質分布の非対称性がもたらす膜動態を明らかにすることを目的とした。本年度は、シクロデキストリン法によって外葉にスフィンゴミエリン、内葉にホスファチジルエタノールアミン (PE) またはホスファチジルコリン（PC）を配置した (コレステロールは両葉に分布) 非対称モデル膜を作製した。シフト試薬を用いた固体NMRや発色試薬によるPEの標識によって、内外葉への脂質の分配比を正確に見積り、生体膜に近い膜環境を再現することに成功した。そして、蛍光標識脂質を内外葉に選択的に導入し、蛍光寿命測定によって各小葉の脂質組成を有する対称膜の膜動態と比較した。その結果、PE膜、PC膜ともに外葉のオーダーはほぼ同じであったが、内葉は対称膜より大きいオーダーを示した。また、それら平均蛍光寿命値の差から外葉が内葉のオーダーに与える影響はPC膜に比べてPE膜の方が小さいことが示された。そして、重水素標識脂質を用いた固体NMR測定で観測した分子レベルの脂質の動的挙動からも同様の傾向が確認された。これはPEが水素結合供与基であるアミノ基を有し、PCに比べて分子同士が側方間で密にパッキングするため、膜小葉間の相互作用の影響を受けにくいためと推定される。このように本研究では、非対称モデル膜を構成する脂質の動態を選択的に観測することで、小葉間の脂質相互作用の違いが生理機能の発現に重要な役割を果たしていることが示唆された。