膜ドメインの姿と生体脂質のダイナミクス

細胞膜は細胞内外を隔てるバリアとして機能する以外に，イオンチャネルやトランスポーターを介して小分子を輸送し，受容体を介して細胞外からのさまざまな情報を受け取る場でもある．また細胞膜には，細胞同士を接着させる機構，細胞膜の一部を取り込み細胞内部へ輸送する機構が存在する．このような細胞膜の多様な機能についての理解は主にタンパク質の解析を通じて進んできた．膜タンパク質は数千種類以上あると考えられているが，その多くについて分子構造と機能の相関がわかりつつある．一方，膜脂質はタンパク質以上に多くの分子種があるにもかかわらず，膜構造の基盤をつくるというマスとしての機能以上の理解は遅れていた．その理由の１つは，タンパク質に比べて脂質を解析する方法が限られていたことにある．しかし状況は大きく変わりつつあり，脂質分子も個々に独自の機能をもつことが明らかになってきた．本特集では脂質分子の多様なふるまいや機能を解明するための新たな取り組みについて紹介する．

現在，多くの研究者が考えている生体膜のモデルは，1970年代初頭に提出された流動モザイクモデルから複雑化を遂げている．流動モザイクモデルでは，膜タンパク質や脂質が脂質二重層を自由に拡散していると考えられていた．しかしながら現在では，特定の膜タンパク質や脂質が集合し，生体膜上の複数の「区画」（本稿では膜ドメインと呼称する）をつくっているというモデルが受け入れられつつある．この総説では，上皮細胞を例に，現在までの膜ドメインの研究を概説し，最後にわれわれの試みを紹介したい．

細胞膜でのさまざまな現象を解明するうえで，局所的な膜脂質組成を知ることは重要である．しかし従来の方法は空間解像度が低い，人工産物の可能性を除外できない，などの問題があった．最近，われわれは膜脂質を物理的に固定し，ナノメートルレベルの分布を観察できる方法を開発した．この方法は急速凍結，凍結割断，白金炭素蒸着，プローブ標識などの段階で構成され，定量性が高く，動物体内の細胞にも適用できるなどの利点がある．本稿ではこの方法の概略を解説し，細胞膜外葉のGM1，GM3，内葉のPI（4, 5）P2に関する解析結果を紹介する．

蛍光プローブの開発に基づく研究アプローチは，基礎生命科学研究にキーテクノロジーを提供することが期待されている．われわれは，細胞内シグナル伝達において重要な役割を果たす生体脂質，NOのようなセカンドメッセンジャーをはじめとする生体分子やタンパク質リン酸化などについて，その細胞内動態を可視化計測する新しい蛍光プローブを開発してきた．本稿では，生体脂質を例として，われわれがいかにして蛍光プローブの設計を行い，開発したプローブを用いてどのように脂質生物学の問題にアプローチしているのかについて紹介する．

コヒーレント・アンチストークス・ラマン散乱（CARS）分光は，微弱なラマン散乱光を増幅し，生細胞などの生体試料中の分子分布やその動態を，非染色・非侵襲・非破壊で高速に可視化することのできる，非常に強力な分光法である．本稿では，スペクトルとイメージを取得することのできる，CARSを基盤とした新しい非線形ラマン分光イメージング法について，その特徴と応用例などを紹介する．

近年の細胞膜研究において，リガンドなどでの刺激前，すなわち定常状態での，ラフト領域の大きさ・寿命・分子組成・分子の滞在時間などの平均値と広がりを知ることが重要な課題になっている．大きさは，１〜50 nmに分布しており，最近の高時間分解能１分子追跡の結果は，１〜10 nmのものが多いことを示唆している．一方，細胞膜はアクチン膜骨格とそれに結合した膜貫通型タンパク質によって30〜230 nmのコンパートメントに仕切られている．コンパートメント境界は非ラフト環境で，細胞膜は膜骨格によるコンパートメントの仕切りの中にラフトが点在するという，メゾスケールの階層構造をもつと考えられる．

GPIアンカーは脂質と糖鎖から構成される糖脂質であり，翻訳後修飾としてタンパク質を細胞膜につなぎ止める役割をする．近年，小胞体で合成されたGPIアンカーはタンパク質に付加された後，さらに脂質部分や糖鎖部分のリモデリングを受けることが明らかとなり，この構造変化がGPIアンカーの輸送やその機能に重要であることがわかってきた．さらに，GPI生合成の材料としてペルオキシソームで生合成されたアルキルリン脂質が必要であることが明らかになった．本稿では，このGPIアンカーの脂質・糖鎖リモデリングについて，われわれの最新の研究成果を中心に概説する．