共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 細胞膜近傍における氷晶形成機構の解明
研究代表者／所属 東京電機大理工
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 村勢則郎

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 上野聡　 広島大生物生産 助教授

2

 高橋浩 群馬大工 助教授

3

 片桐千仭 北大低温研

4

 古川義純 北大低温研

研究目的 生物の凍結損傷の中で、氷晶形成による細胞膜の損傷は致命的である。そのため、耐凍性をもつ生物は細胞膜近傍における氷晶形成を制御する能力を身に付けていると考えられる。本研究は、実際の細胞や細胞膜モデル系として脂質単分子膜、エマルションなどの様々な脂質分子集合体-水からなる系を対象に、これらの近傍における氷晶形成を熱測定、X線回折などの手法を利用してキネティックス、熱力学、構造解析の観点から詳細に調べ、細胞膜が受ける凍結損傷および生物の低温耐性の機構を明らかにすることを目的としている。
　　
研究内容・成果 　高級脂肪アルコールである1- ヘキサデカノール（HD）分子集合体の氷核活性を、示差走査熱量測定（DSC）を用いて調べた。その結果、水面にできたHD単分子膜は氷核活性をもつが、単分子膜より分子層が複数になった場合の方が顕著であり、層数が増すほど氷核活性は上昇する傾向が観測された。分子集団の構造や分子の規則的配列の安定性が、末端OH基を介して、氷核活性に反映されるものと考えられる。HDの融点直下のα相で氷核活性の向上を期待したが、その傾向は見られなかった。
　生体膜を構成するリン脂質であるホスファチジルコリン(PC)、ホスファチジルエタノールアミン(PE)と極性基の構造がそれぞれ類似しているグリシンベタイン（GB）、グリシンを使用し、水和特性およびDSCによるこれら水溶液の凍結挙動の解析を行った。その結果，GBの方がグリシンより吸湿性は強く、凍結濃縮が起こりにくく、水溶液から析出しづらいことが明らかになった。水を放しにくい性質は水を保持して安定化することを意味する。上記結果は、PCのコリン極性基の強い水和が細胞膜近傍における氷晶形成や脱水を抑制し、細胞の凍結損傷の軽減に寄与していることを示唆する。
　生体膜結合脂質とされるスフィンゴミエリンのアナログー水系のDSC測定、X線回折、DSC-X線回折同時測定においても、隣接する分子の極性基間相互作用と疎水性部分の集合や配列状態が相転移挙動や相安定性に影響することを示唆する結果が得られている。
　昨年度までの結果も含めて、以上の結果より、膜近傍における氷晶形成にはまず極性基の構造と性質が強く影響するが、疎水性部分の集合配列状態も影響するということがかなり明らかになってきた。
　DSC、X線回折およびDSC-X線回折同時測定の手法を駆使して、生物、細胞を対象とした氷晶形成の研究をさらに深化させ、細胞や細胞膜の凍結損傷や耐凍性の機構の解明につなげていきたい。
　　
成果となる論文・学会発表等