生化学・細胞生物学・分子遺伝学

佐藤 健准教授(統合生命科学コース)   研究室HP

 生物が生物である条件の一つに「外界と膜で仕切られていること」が含まれています.しかし、生物がもつ生体膜は、細胞内外や細胞小器官を仕切るのみではなく、エネルギー変換、高分子合成、選択的物質輸送、情報伝達など、生命維持活動に必要なほとんどすべての反応が行われる場であり、まだまだ発見、解明されていないことがたくさんあります.その中の一つに、細胞内外、あるいは細胞小器官間で物質や情報のやりとりを担うメンブレントラフィック(小胞輸送)とよばれる現象の解明が現代細胞生物学の重要なテーマの一つとなっています(図1).

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図1. 細胞内の物流システム、メンブレントラフィック
(小胞輸送)

 私たちの研究室では、メンブレントラフィックのメカニズムを調べる手法として、反応に必要な部品(主にタンパク質)を細胞から単離し、メンブレントラフィック反応の一部を人工膜上に組み立て直して再現する手法で研究を行っています.調べようとする反応を単純な形で再現し、予想通りに機能するかを検証し、他に未知の部品やしくみがあるかもしれないということを探る手法です(図2).
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図2. 人工膜小胞を用いた試験管内

完全再構成系による解析
 さらに、私たちの研究室では蛍光標識したタンパク質を使って、顕微鏡下に形成させた人工脂質平面膜上に輸送小胞形成反応を再現し、反応を1分子レベルで可視化して解析を行っています(図3).
この実験系を用いることにより、輸送されるタンパク質が膜上で集合して輸送小胞に取り込まれる過程を定量的に解析することができます(図4).また、輸送機能を人工膜に再現する私たちの実験技術を、ナノデバイスとして応用する研究も視野に入れています.
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図3. 輸送小胞形成の1分子ダイナミクス解析

図4. 人工膜上で輸送基質タンパク質が
集合する様子(Quick Time *.mov 動画)

 細胞内のさまざまな生命現象はメンブレントラフィックをはじめとする細胞内輸送に基礎をおいている場合が多く、例えばこれまで原因不明であった疾患の原因が細胞内輸送の損傷にあるものが続々と報告されてきています.そのため細胞内輸送のメカニズムを解明することは、創薬や疾病治療への応用への展開も期待されます.皆さんも是非一緒に佐藤研で新しい何かを始めてみませんか?