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
新規・継続の別 継続（平成17年度から）
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 耐凍性の生物は、細胞膜近傍における氷晶形成を制御して身を守っている。本研究の目的は、生体膜脂質ー水界面において、どのように脂質分子の集合状態が氷晶形成に影響し、氷晶形成が脂質分子の集合状態・相変化に影響するかを明らかにし、生物の耐凍性機構の解明につなげることにある。そのために本年度は、トリアシルグリセロール集合状態とその結晶化機構、生体膜リン脂質ー水系の相互作用、生物凍結に及ぼす細胞表層構造の影響、生物表層における脂質分子の規則的配列形成機構などをテーマに、水との界面における脂質分子集合体や生物表層の構造に視点をおいて研究を行った。
　　
研究内容・成果 トリアシルグリセロールからなる油脂の相挙動をDSC及びX線回折測定で調べたところ、溶媒の有無にかかわらず、異なった二成分混合系において分子間化合物が形成されやすいことが判明した。重水は軽水に比べて水素結合を強化する性質をもっている。蛍光測定により水界面におけるリン脂質膜の構造に及ぼす重水置換効果を調べたところ、膜厚などの内部構造に、0.01nmレベルで影響がみられた。また、脂質膜の全体構造に弾性的性質が直接的に関係する系では、重水により構造が大きく変化することも判明した。リン脂質膜が水系において微妙なバランスの上に構造を保っていることが確認された。生物の表層には多糖、タンパク質、そして脂質を含んだクチクラの存在が知られている。このクチクラは外界からの異物侵入の阻止を含めて、環境変化に対して生物を保護する機能を果たしている。線虫の低温耐性や凍結挙動を解析したところ、成長段階が進むにつれて、体外凍結が開始しても氷晶は体内に侵入しにくくなる傾向がみられた。また、未成熟の段階の方が体外凍結の際に線虫は脱水収縮しやすいこと、生体膜透過性の凍結保護物質として知られるジメチルスルホキシドは膜透過しやすいことが明らかになった。これらの結果は、成長段階が進むにつれてクチクラ構造が発達し、氷晶や保護物質の体内への侵入を阻止する傾向が強くなる結果と理解することができる。昆虫の表皮を覆っているワックスは主に炭化水素からできており、ユキムシの綿毛も主に炭化水素からできている。ごく薄い層ではあるものの脂質分子は規則的配列をとっており、その構造を解析したところ、炭化水素鎖は斜方晶となっていることを示すデータが得られた。クロコオロギのオス前翅の体表には偏光スポットがあり、偏光性を利用して雌雄を識別している可能性が示唆されている。偏光スポットの微細構造解析と形成機構を解明すべく、現在研究が進行中である。（来年度のSpring 8 研究課題に採択）細胞や表面、細胞膜あるいはクチクラ層を形成する脂質分子集合体の規則的配列や結晶性が、生物凍結ひいては耐凍性に関係している可能性の強いことが明らかになってきた。今後、ナノレベルでの構造解析により、詳しい機構を解明する必要がある。
　　
成果となる論文・学会発表等