平成２３年度 組織的な若手研究者等海外派遣プログラム 帰国報告書（研究留学） 提出日：平成 23 年 8 月 17 日 フリガナ 氏 名 派遣先名 （国名） サクマ ユカ 佐久間 由香 所属 ソフトマター教育研究センター 特任リサーチフェロー パ リ 第 七 大 学 (フ ラ ン ス ) (日 本 出 発 日 ) 派遣期間 （日本到着日） 平 成 23 年 5 月 30 日 ～ 平 成 23 年 7 月 3 0 日 ① 共同研究として、2 ヶ月間フランスのパリ第七大学で研究に従事させて頂きました。受入研究室はモデ ル生体膜を用いて生体膜で見られる特徴的な膜の形態形成機構を解明するという研究をしており、わたし がこれまで日本で研究してきたテーマと大変良く似ているため、この研究室との共同研究を希望しまし た。研究内容は似ているものの、モデル生体膜の作成手法や、膜の変形を誘起する手段は所属研究室と受 入研究室で異なっており、新たな手法や手段を学ぶこともできました。特に、新しく学んだモデル生体膜 の作成手法であるエレクトロフォーメーション法は受入研究者である Miglena Angelova 教授が開発した もので、開発者本人から学べるということで細かい条件までしっかり習得できたと感じています。この手 法を用いて、膜内に特徴的なチューブ状構造（クレステ）を持つミトコンドリアと同様の組成のモデル生 体膜を作製し、膜にマイクロピペットで酸（塩基）性溶液を吹き付けることで生体内と同様に pH 勾配を かけ、クレステ様構造の形成過程を観察しました。このときに、pH 値によって発光強度の異なる蛍光色素 で膜を着色し、吹き付けた酸（塩基）性溶液が膜面上でどのように分布するか、また膜変形がどのように 誘起されるのかを蛍光顕微鏡により観察しました。これらの結果を画像解析することで、蛍光強度に比例 した pH 勾配を可視化し、pH 勾配が膜変形に及ぼす影響を考察します。結果の解析方法については受入研 究室とどのように進めるか相談している段階で、今後も日仏間を行き来し、共同研究を進めていく予定で す。 また言語に関して、フランスへの研究留学ということで、大学内では英語が通じましたが街ではほとん ど英語が通じずに苦労しました。大学内でも、フランス語のわからない私に対しては英語を使ってくれま すが、フランス人同士の会話では英語は全く使っていませんでした。フランス人にとって英語は外国語で あり、「間違うことを恐れてなかなか英語を話せない」、「国際会議等でも英語についていけず講演内容が 完全に理解できない」等、日本人の私たちと同様に英語へのコンプレックスを感じていることがわかりま した。私たちも失敗を恐れて英語を話すことを敬遠してしまいがちですが、これは英語圏以外では共通の 感覚なのだということがわかり、かえって英語へのコンプレックスが軽くなる結果となりました。今回の 研究留学では、共通の興味（研究テーマ）があることで、言語の違いを越えて一緒に研究ができるという ことを学べました。 1 ② 氏名： 佐久間由香 I worked with Profs. Angelova and Fournier at Laboratoire Matière et Systèmes Complexes, Université Paris Diderot - Paris 7 for 2 months. Prof. Angelova is a pioneer researcher in the field of vesicle deformation triggered by chemicals. Lipid vesicles are model membranes made of amphiphilic molecules that self-assemble in water into closed bilayers. Although they have no membrane protein nor cytoskeleton, they show biomimetic shape deformations in cells, such as endocytosis, exocytosis and cell divisions. Recently Profs. Angelova and Fournier found a new type of shape deformation triggered by proton concentration (pH) gradient, dynamic tubular membrane invaginations. The tubular invaginations controlled by chemicals might shed light on the physical origin of complex membrane morphologies in cells, e.g. cristae in mitochondria. Prof. Fournier showed that a modification of the preferred area per lipid occurring in one monolayer may yield a large local transient deformation. I have investigated vesicle deformations, especially biomimetic deformations, such as adhesion, pore formation, and self-reproduction using model bio-membranes composed of two types of lipids with different geometries. The key concept of the shape deformation is a coupling between the lipid shape and the phase separation. Recently, I found the binary model vesicles composed of inverse-cone shape lipids with small head group and cylinder shape lipids form tubular membrane invaginations by changing the temperature. This shape deformation is very close to the tube formation triggered by pH gradient. Then my target of this stay is to start a collaboration to reveal the mechanism of the tubular invaginations induced by chemical and thermal stimuli experimentally. FIGURE 1 High resolution scanning electron microscopy micrograph of human liver mitochondrion (M), in close proximity to rough endoplasmic reticulum (R). The cristae are tubular, several hundred nanometers long and 30nm in diameter. (N. Khalifat et al. Biophys. J. ,95, 4924, 2008) FIGURE 2 As soon as the acid delivery is off, the cristae-like membrane invagination regresses and completely disappears when the local pH gradient vanishes. The GUV is made of PC/PE/CL = 60:30:10 mol/mol in buffer at pH 8. (N. Khalifat et al. Biophys. J. ,95, 4924, 2008) 2 氏名： 佐久間由香 The first task of this collaboration is to learn the experimental techniques to prepare sample vesicles. In this research field, there are two types of vesicle preparation procedures; a gentle hydration and an electro-formation techniques. I have used the former technique and Prof. Angelova developed the latter one. Then I learned the electro-formation technique in detail. The second task is to reproduce the tubular invagination induced by the pH gradient using a micro-pipette injection technique. The main task during the stay is to reveal a relationship between the pH gradient and the membrane deformation quantitatively. In addition, during my stay, I had a chance to hold a seminar at Laboratoire Matière et Systèmes Complexes, Université Paris Diderot - Paris 7. The title of my seminar was “Shape Deformations of Binary Vesicles”. In my seminar I presented my research on the shape deformation of vesicle induced by the coupling between the lipid geometry and the phase separation. My seminar was highly appreciated by the faculty members and I had many discussions with colleagues, which contributed to my research very much. Through the experiments, the seminar, and daily life, I made many friends from all over the world, which is the most important fruits I gained in this visiting program. Thank you very much for all the support. 3
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