研究の対象:生体膜

 動物や植物の細胞の外側は細胞膜で外界と仕切られています。また、ミトコンドリア、ゴルジ体と言った細胞内小器官も外膜により内外が区別されています。これらの膜を総称して生体膜と呼んでいます。

 生体膜は、その主構成成分である脂質が自己組織化して形成する二重膜構造を基本骨格としています。細胞を構成する生体分子において、核酸は4種類の塩基、タンパク質は約20種類のアミノ酸が基本単位ですが、生体膜は数百種類以上の脂質から構成されています。また、生体膜中の脂質組成は細胞種類により大きく異なり、また生物種によっても顕著に異なっています。他の生体分子に比べて、一体、どうしてこのような数多くの脂質が存在しているのでしょうか。脂質分子は合目的に分子集合体を形成することを考えると、何かその理由があるはずです。

自己集合系の一形態:二重膜

自己集合系の一形態:二重膜


 私達の研究の大きな特色は、温度、濃度と同様に圧力を生体膜研究の解析ツールとして使用していることです。温度や濃度のような変数は、伝播に拡散過程を含むため、到達の遅延、局所的な差違が起こるのとは対照的に、圧力はパスカルの原理で均一、等方的且つ瞬時に作用します。圧力は脂質膜にメカニカルな大きなゆらぎをもたらすので、その結果、常圧下では観測不能な現象や新規な現象が観測できます。膜作用性薬物(麻酔薬)の作用が圧力によって覚醒する現象(麻酔作用の圧拮抗)は、その代表例です。

 私達は、生体膜の関与した様々な生命現象(相変化、非二重膜形成、脂質ラフト、膜融合・膜分裂、麻酔作用機序など)の解明を目指し、主に生体モデル膜(脂質二重膜)を対象として生物物理学的手法あるいは界面科学的手法によるアプローチで以下のような研究テーマを実施しています。

 日本生物物理学会ホームページ内の研究紹介ページ(B-08:脂質膜の相転移B-09:脂質膜低分子相互作用)および学科ホームページ内のA1研究室の研究内容ページもご参照下さい。

研究内容の紹介

圧力膜融合現象とその分子メカニズム
概要
 巨大単層ベシクル(GUV)は細胞とほぼ同等な大きさを持ち、1個体の物性をそのまま直接に観測できることから、注目を集めています。私達は、これまで多重層ベシクル(MLV)を主体とした脂質膜研究を行ってきましたが、その研究をGUVへと拡張しました。GUVはそのサイズから光学顕微鏡で観測することが可能です。常圧下における観測はもとより、高圧力下で直接に脂質分散液試料が観察可能である特殊な顕微鏡セルを開発し、加圧状態でGUVのその場観察を可能にしました。近年、疎水鎖に不飽和脂肪酸を有するリン脂質を添加塩存在下、静置水和法で分散させた場合には、常圧下ではその形状が不変であったGUVが加圧下では時間の経過と共に膜融合し、不可逆的に球形成長することを見出しました。小さな1枚膜ベシクル(SUV)においても光散乱法を用いて圧力膜融合現象を確認することができましたが、GUVとSUV両者の融合成長圧力には顕著な差違があることがわかりました。これらの融合メカニズムは両二重膜の非二重膜(逆ヘキサゴナル相)形成と密接に関連しており、GUVとSUVに見られた融合成長圧力の相違は、拮抗する幾つかの要因の圧力依存性に起因するものと推察し、この現象をさらに追跡しています。
 
図10(Web)
 
図10 高圧力下における(A,B)GUVと(C)SUVの圧力膜融合現象

参考研究業績
1.
後藤優樹, 玉井伸岳, 松木 均, 高圧力を利用したリポソームの粒子径制御方法(特許), 特願 平成23年 2月 3日 2011-021310