脂質膜の動的及び静的構造へ及ぼすトレハロースの影響

Effects of trehalose on the structures and dynamics of lipid membranes

増井 友美; 藤原 悟; 中川 洋   ; 片岡 幹雄

Masui, Tomomi; Fujiwara, Satoru; Nakagawa, Hiroshi; Kataoka, Mikio

トレハロースは生物乾燥耐性に重要な役割を果たしている。その重要な役割の一つに脂質を液晶相に保つことがある。従来研究は熱分析法を手法とし、トレハロースが乾燥状態での脂質のゲル・液晶相転移温度を下げることを明らかにし、トレハロースによる脂質膜の保護作用を明らかにしてきた。しかしながら熱分析法では試料調製法により脂質のゲル・液晶相転移温度が異なることが報告され、トレハロースがいかに脂質のゲル・液晶相転移温度を下げるのかは明らかにされていない。そこで、本研究では乾燥前の水が過剰に存在する溶液条件下で、小・広角X線散乱法を用いることによりトレハロースが脂質膜の構造に及ぼす影響を調べるとともに、中性子スピンエコー法を用いることでトレハロースが脂質膜のダイナミクスに及ぼす影響について調べることを目的とした。中性子スピンエコー法の結果、水溶液中でゲル相にある脂質膜はトレハロースの添加によって膜の曲げ弾性率が小さくなり、トレハロースの添加が温度上昇による効果と同一であることを明らかにした。

It is known that trehalose is a protective reagent and plays important roles in desiccation tolerance. One of the important properties of trehalose for the desiccation tolerance is stabilization of the biomembranes in the fluid phase. However, due to lack of information of how the trehalose molecules distribute on the biomembrane and interact with lipid molecules, the preservation mechanism of the biomembrane by trehalose has not been elucidated. Here we aimed at determining the distribution of trehalose on the simple model biomembrane and characterize dynamic properties of the membrane and the lipid molecules. For this purpose we employed small- and wide-angle X-ray scattering (SAXS and WAXS) and neutron spin echo (NSE) techniques. The NSE measurement revealed that the addition of trehalose to lipid membrane decreases the bending rigidity. This effect of trehalose is same tendency of temperature.