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手老 龍吾(てろう りゅうご)

所属 環境・生命工学系
兼務
職名 准教授
専門分野 界面物理化学
学位 博士(理学)、東京大学大学院理学系研究科
所属学会 日本化学会、応用物理学会、日本表面真空学会、生物物理学会、膜学会、アメリカ化学会
E-mail tero@
※アドレスの末尾に「tut.jp」を補完してください
研究室web http://ens.tut.ac.jp/interface/index

研究紹介

人工細胞膜モデルの構造とダイナミクス
生命活動は細胞内外での情報・物質・エネルギーのやり取りで成り立っており、その授受は細胞膜と膜タンパク質を介して行われている。脂質二重膜は生体内の両親媒性分子である脂質(lipid)が作る自己組織化構造であり、細胞膜をはじめとする生体膜の基本構造である。膜内でのドメイン形成や分子拡散といった分子集合体の構造とダイナミクスは、膜タンパク質に反応場を提供する役割を担っている。私の研究では、人工細胞膜モデルの1つである支持脂質二重膜(supported lipid bilayer: SLB)を用いて、生体膜反応に関わる脂質やタンパク質の分子挙動を明らかにすることを目的としている。SLBは人工固体デバイス上の生体適合界面(バイオインターフェース)としても期待されており、デバイス材料表面上へのSLBの作製方法の最適化や、固体基板の表面機能を活用した膜反応場の活性制御を行うことも目指している。

テーマ1:細胞膜モデル反応場の構築と観察:脂質二重膜内のドメイン形成と膜タンパク質再構成

概要
支持脂質二重膜(SLB)と膜内分子拡散・ドメイン形成の模式図(上)と、固体基板表面の影響を受けて形成される膜内2次元ドメインのAFM像(下)。

支持脂質二重膜(SLB)系においては、脂質膜は1~2 nmの水の層を介して固液界面に「浮いて」いる。脂質が基板に直接吸着しているわけではないため脂質膜は流動的であり、生きた細胞の細胞膜内で起きるような分子拡散やドメイン形成・消滅といった物理化学現象を再現して観察することができる。特に脂質二重膜内に特定の脂質およびタンパク質が集合して形成される「ドメイン」は、「脂質ラフト」に代表されるように細胞膜内反応のON/OFFと効率を決める重要な現象である。複数種類の脂質分子や膜タンパク質を含むSLB系を作製し、分子レベル~マイクロメートルスケールの分子集合体について構造と機能の関わりを原子間力顕微鏡や蛍光顕微鏡を用いて明らかにする。

主な業績

R. Tero*, K. Fukumoto, T. Motegi, M. Yoshida, M. Niwano and A. Hirano-Iwata, "Formation of Cell Membrane Component Domains in Artificial Lipid Bilayer", Sci. Rep., 7, 17905 (10 pages) (2017), 10.1038/s41598-017-18242-9.
R. Tero*, R. Yamashita, H. Hashizume, Y. Suda, H. Takikawa, M. Hori and M. Ito*, "Nanopore formation process in artificial cell membrane induced by plasma-generated reactive oxygen species", Arch. Biochem. Biophys., 605, 26-33 (2016), 10.1016/j.abb.2016.05.014.
Y. Suda*, R. Tero*, R. Yamashita, K. Yusa and H. Takikawa, "Reduction in lateral lipid mobility of lipid bilayer membrane by atmospheric pressure plasma irradiation", Jpn. J. Appl. Phys.,55, 03DF05 (2016), 10.7567/JJAP.55.03DF05.

キーワード

脂質二重膜、膜タンパク質、相分離、原子間力顕微鏡、蛍光顕微鏡

テーマ2:脂質膜内での分子拡散挙動のその場観察

概要
SiO2/Si基板上に形成したSLB中での蛍光標識脂質の一分子像と、その拡散軌跡。

蛍光一分子追跡 (single molecule tracking: SMT)法を用いて、SLB内の分子拡散を直接観察する。SMT計測は通常ガラス基板上の試料に限られているが、固体基板の透明度や屈折率に依存せずにSMT計測を行うことにできる顕微鏡装置を用いて、シリコン基板や二酸化チタン基板上に形成したSLB中の分子拡散をその場観察することができるようになった。表面ナノ構造を持つ酸化物基板上でのSMT計測を行っている。

主な業績

T. Motegi*, K. Yamazaki, T. Ogino and R. Tero*, "Substrate-Induced Structure and Molecular Dynamics in a Lipid Bilayer Membrane", Langmuir, 33, 14748-14755 (2017), 10.1021/acs.langmuir.7b03212.
Y. Okamoto, T. Motegi, K. Morita, T. Takagi, H. Amii, T. Kanamori, M. Sonoyama* and R. Tero*, "Lateral Diffusion and Molecular Interaction in a Bilayer Membrane Consisting of Partially Fluorinated Phospholipids", Langmuir, 32, 10712-10718 (2016), 10.1021/acs.langmuir.6b02874.

キーワード

脂質二重膜、一分子観察、全反射蛍光顕微鏡

テーマ3:グラフェン上の人工細胞膜プラットフォーム

概要

グラフェンはsp2炭素の単原子シート材料であり、その高い電子移動度だけでなく様々なユニークな物性を持つことが知られてきている。その1つが蛍光クエンチ能であり、通常のFRETと異なり蛍光プローブの波長に依らず、より長距離まで効果を及ぼすことが報告されている。この蛍光クエンチ機能を利用して脂質二重膜内での脂質およびタンパク質の分子分布を検出するためのプラットフォームとして、グラフェンおよびグラフェン酸化物上への平面脂質膜形成と構造・物性評価を行っている。

主な業績

Y. Okamoto*, T. Motegi, S. Iwasa, A. Sandhu and R. Tero*, "Fluidity Evaluation of Cell Membrane Model Formed on Graphene Oxide with Single Particle Tracking Using Qdot", Jpn. J. Appl. Phys., 54, 04DL09 (2015).
K. Tsuzuki*, Y. Okamoto, S. Iwasa, R. Ishikawa, A. Sandhu and R. Tero*, "Reduced Graphene Oxide as the Support for Lipid Bilayer Membrane", J. Phys: Conf. Ser., 352, 012016 (7 pages) (2012).
Y. Okamoto*, K. Tsuzuki, S. Iwasa, R. Ishikawa, A. Sandhu and R. Tero*, "Fabrication of Supported Lipid Bilayer on Graphene Oxide", J. Phys: Conf. Ser., 352, 012017 (6 pages) (2012).

キーワード

グラフェン、グラフェン酸化物、脂質二重膜

担当授業科目名(科目コード)

基礎物理化学(B2)・界面化学(B3)・反応速度論(B4)・分子物理化学(B4)・バイオ材料工学特論(M)・分子機能化学II(D)・先端領域融合特論(MD Leading Program)


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