Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

オートファジー / オートファゴソーム / ESCRT複合体タンパク質 / membrane fission / リソソーム / 3D-CLEM / 数理モデル / ESCRTタンパク質 / 膜分裂 / 細胞 / 光学顕微鏡 / 生体膜

細胞内分解機構マクロオートファジーを担う膜小胞オートファゴソームの形成は、扁平に伸長した一重膜小胞が球状に湾曲したのちに閉じ、最後には膜分裂が起こり二重膜となって完成することが知られている。本研究では、ESCRTタンパク質複合体がオートファゴソーム形成における膜分裂を担っていることを明らかにした。また、三次元光－電子相関顕微鏡法（3D-CLEM）によりオートファゴソームの開閉を精度よく評価する方法を確立した。さらにオートファゴソーム形成中の膜変形過程について、数理モデルを参考にして理解を進めた。

本研究成果は、オートファジー研究において遅れていたオートファゴソーム形成後期の分子機構解析を進展させた。また、物理モデルと実験データの融合研究を生み出した。さらに、本研究にて試みた3D-CLEM法のオルガネラ解析への適用は、生命科学分野で広く応用が可能となるだろう。

レーザー分光 / 液液界面 / イオン液体 / 表面張力 / ブリュースター角 / 光学顕微鏡 / 生体膜 / 黒膜 / プリュースター角 / ラマン散乱 / 界面張力波 / 走査型近接場光学顕微鏡 / 表面増強効果

本研究では,液体表面特に生体膜などのソフト界面のダイナミクス測定手法を開発することを目的とした。そのため大きく分けて二つのアプローチを実施した。
一つは表面・界面張力(界面での分子挙動の物理的指標)を測定する準弾性レーザー散乱法(Quasi-elastic laser scattering, QELS)の活用である。まず新たな液体表面である室温イオン液体についてそのモル分率の変化による表面構造の変化を時間分解計測をすることにより一つの考察を与えた。次に黒膜とよばれる脂質二分子膜の張力測定をQELSにより実現することに成功した。テフロン板に2mm径の穴を開け,そこに脂質二分子膜である黒膜を形成し,新規な光学系で構成されたQELSにより膜張力を測定することができた。さらに,SDSといった界面活性剤を添加することにより,膜構造の変化を追跡するといった応用を試みている。
もう一つはブリュースター角顕微鏡(Brewster angle microscope, BAM)の高空間分解能化である。従来のBAMは十μm程度の空間分解能であったが高NAの対物レンズによりμm程度の空間分解能を達成することに成功した。全反射蛍光顕微鏡との組み合わせにより脂質分子膜の相構造変化解析への応用を試みている。

【研究分担者】
小熊幸一	千葉大学	大学院・工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
豊田太郎	千葉大学	大学院・工学研究科	助教	(Kakenデータベース)