生体保護物質トレハロースが脂質膜の構造と揺らぎに与える影響

Effect of trehalose on the structure and dynamics of lipid membranes

増井 友美; 藤原 悟; 遠藤 仁; 中川 洋   ; 片岡 幹雄

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

水は生命機能に不可欠であり生物は乾燥状態になると死に至る。一方、乾燥耐性生物は乾燥条件下で生命機能を保持し水に戻すことで蘇生する。乾燥耐性生物は乾燥条件で体内に多量のトレハロースを蓄積することが特徴としトレハロースと乾燥耐性との関係を示唆する。本研究では、トレハロースが生体膜に及ぼす影響を調べるために生体膜の主要構成成分であるジパルミトイルフォスファチジルコリン(DPPC)を用い、トレハロースが脂質膜の構造と揺らぎに与える影響を広角X線散乱法と中性子スピンエコー法を用いて調べた。広角X線散乱測定を行った結果、脂質膜内のDPPC分子のアルキル鎖間の距離を反映する回折ピークは、トレハロース濃度の増大によっても変化しないことがわかった。これは、脂質二分子膜内での脂質分子の配列秩序に変化がないことを意味する。一方、中性子スピンエコー法を用いて脂質膜の曲げ弾性率の変化を調べた結果、トレハロース添加によって膜の曲げ弾性率は低下し、膜の柔軟性を向上することが明らかとなった。糖を添加した脂質膜では脂質のゲル・液晶相転移温度が低下することから、転移温度の低下と膜の柔軟性の向上がお互いに関係すると考えられる。

Water is essential for organisms and desiccation damages the cells severely, and causes death of most organisms. Some organisms, however, known to survive under such arid conditions. This desiccation tolerance has been known to be related to the production of sugars in these organisms. One property which is important for the desiccation tolerance is stabilization of the cell membranes in the fluid phase by limiting the dehydration-induced increase in the gel-fluid transition temperature of the membranes. The membranes not only act as a barrier within or around a cell, but also control transfer of substances across the membranes. Elucidating how sugars interact with the membranes is therefore important for understanding the molecular mechanism of the desiccation tolerance. We investigated the effects of the sugars on the structures and the dynamics of the lipid membranes by small- and wide-angle X-ray scattering (SAXS and WAXS), and neutron spin-echo (NSE), techniques.