共同研究報告書
| 研究区分 | 一般研究 |
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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 | |||
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氏 名
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所 属
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職 名
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1 |
上野聡 | 広島大院生物圏科学 | 教授 |
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2 |
金子文俊 | 大阪大院理 | 准教授 |
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3 |
高橋浩 | 群馬大院工 | 教授 |
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4 |
片桐千仭 | 北大低温研 | 招へい教員 |
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5 |
林正和 | 東京電機大理工 | 研究員 |
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6 |
古川義純 | 北大低温研 | |
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7 |
佐崎元 | 北大低温研 | |
| 研究目的 | 耐凍性の生物は細胞膜の近傍における氷晶形成を制御して身を守っている。したがって、耐凍性の仕組みの解明には細胞膜‐水界面及びその近辺における氷晶形成機構の理解が欠かせない。本研究の目的は、細胞膜近傍において脂質分子集合状態が氷晶生成にどのように影響しているか、また、細胞膜近傍の構造が氷核生成・氷晶成長にどのようにかかわっているかを明らかにし、耐凍性の仕組みを解明することにある。生物の凍結保存への応用も目的としている。 |
| 研究内容・成果 | これまでの研究から、脂質の種類と集合状態が水の凍結温度、氷晶のサイズ・形状に影響を及ぼすことが明らかになってきた。以下に本年度の研究成果について報告する。細胞モデルとしてレシチンリポソームを用い、その凍結・解凍過程における形状安定性を主にDSCを用いて検討した。リポソーム懸濁液は摂氏 −44度付近にリポソーム内液の凍結によると思われる温度幅の広い発熱ピークを示すが、このピークの大きさは凍結・解凍を繰り返してもほとんど変化しない（Fig.1）。したがって、リポソームの閉鎖小胞構造は凍結によって壊れにくいと推測される。実際、ATPを内包したリポソームを調製し、凍結・解凍後にリポソーム内から漏出するATP量を蛍光法により測定したところ、漏出率は30％以下にとどまった。ただし、閉鎖小胞構造の安定性を議論するには更なる検討が必要である。コレステロールはリン脂質と並んで生体膜の主要構成成分であり、膜の物理的性質を調整する。細胞毒や病気の原因となる場合のある酸化コレステロールが生体膜に存在すると、リン脂質膜の物理的状態に変化を与えることが明らかになった。すなわち、熱測定による相転移挙動の解析、蛍光測定による膜への水分子侵入、浮沈法によるリン脂質膜の体積解析、X線回折による膜厚解析の結果、膜におけるリン脂質の分子充填に及ぼす影響等が、コレステロールと酸化コレステロールでは若干異なることが判明した。線虫に関する研究にも継続して取組んだ。南極線虫（Panagrolaimus davidi）の低温耐性とリン脂質の特徴を明らかにする目的で、薄層クロマトグラフィ、ガスクロマトグラフィを用いてC. elegansと脂質組成を比較した。リン脂質の組成はいずれの線虫においてもホスファチジルコリン(PC)の割合がホスファチジルエタノールアミン(PE)より高かったが、P. davidiの場合は培養温度が低下するにつれてPCの割合が顕著に上昇した。不飽和脂肪酸においては、C. elegansではpoly-unsaturated fatty acids の割合が高く、P. davidiではmono-unsaturated fatty acidsの割合が高かった。（Fig.2）更に詳細な検討により、南極線虫の低温耐性機構に関して興味深い知見が得られる可能性がある。以上の研究の他に、クマムシの放射線耐性機構、不飽和脂肪酸の固相相転移挙動における赤外スペクトル変化、不凍タンパク質の機能解析に向けた高分解光学顕微鏡観察、O/Wエマルション中の脂溶性物質の可溶化状態と結晶化抑制等に関する研究を行った。本研究の遂行に際しては様々な顕微鏡を用いた観察が極めて有効であり、DSC測定、X線回折などが有効であった。今後もこれらの観測、測定手段を用いて多様な研究を継続し、細胞膜近傍における氷晶形成機構を明らかにしていきたい。 |
| 成果となる論文・学会発表等 | |