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生きながらえている。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関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、脂質分子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。南極線虫Panagrolaimus davidi は、これまで研究対象としてきたモデル線虫C. elegansと異なり、高い耐凍性をもっている。そして、この南極線虫の低温耐性機構には脂質が関係している可能性が強い。そこで、イアトロスキャン、薄層クロマトグラフィ、ガスクロマトグラフィを用いて脂質とその構成脂肪酸組成を昨年度より詳細に測定し、両線虫での結果を比較した。主要リン脂質はいずれの線虫においてもホスファチジルエタノールアミン(PE)とホスファチジルコリン(PC)であり、PEとPCの比は両線虫ともほぼ1：1であった。その比は、P. davidiの培養温度にほとんど依存しなかった。主要な中性脂質は両線虫ともトリアシルグリセロール（TAG）であった。リン脂質量に対するTAG量の割合は、C. elegansと比較してP. davidiで数倍高く（Fig.1）、エネルギー源となるTAGの多さがP. davidiの低温耐性を強めている要因の1つと考えられる。不飽和脂肪酸においては、PE、PC、TAGのどの脂質においても、P. davidiの二重結合数はC. elegans よりも少なかった。また、どの脂質においてもP. davidiのmono-unsaturated fatty acidsの割合はC. elegansと比べて高かった。このような知見が南極線虫の低温耐性や耐凍性とどのように関わっているのかを明らかにすることが今後の課題である。以上の研究の他に、脂質立方相構造に着目して脂質膜の構造変化に及ぼす重水効果を調べる研究を行った。その結果、重水に置換することにより相転移温度はわずかに上昇することが明らかになった。重水分子間の相互作用が軽水分子間の相互作用より強いため、疎水性相互作用が強化されて相転移温度が上昇するものと考えられる。したがって、膜構造の安定性は溶質によって影響を受ける可能性がある。その他、クモの糸の氷核活性に関する研究など、いずれの研究においても様々な高分解能顕微鏡を用いた観察が極めて有効であり、X線回折や中性子散乱を使用した実験も有効であることが確認された。今後もこれらの観測、測定手段を駆使し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く必要がある。 |
| 成果となる論文・学会発表等 |
林、片桐、村勢他：南極線虫Panagrolaimus davidiの低温耐性と脂質，低温生物工学会誌， 58， No.2， 185 ~ 190 (2012). M. Hayashi et al. : Cryopreservation of nematode Caenorhabditis elegans in the adult stage， CryoLetters， to be published. 林、片桐、村勢他：南極線虫Panagrolaimus davidiの低温耐性と脂質，第57回低温生物工学会年会、2012年6月1日、講演要旨集、p.43 (2012). |