発表者
問谷　直希（宮坂研）
指導教官
伊都　将司
Title
New Fluorescence Correlation Spectroscopy Enabling Direct Observation of Spatiotemporal Dependence of Diffusion Constants
Abstract

Hyaluronan (HA), a polysaccharide consisting of alternately linked D-glucoronic acid and D-N-Acetylglucosamin, forms meshwork structure in water. HA is in the extra cellar matrix of many biological systems in which its meshwork structure sustains physical strength of such systems to protect them against physical damage and provide watery environment for the diffusive transportation of proteins, ion, and so on. It is, therefore, important to elucidate molecular diffusion in heterogeneous media such as this meshwork structure. Authors of the present paper previously demonstrated that the diffusion coefficient of a molecule in the aqueous solution of HA was dependent on the diffusion length by using several complemental methods and predicted that this distance-dependence was due to the hierarchical structure of the HA-water composite.
In the present paper, for precisely and more quantitatively observing the distance dependence of the diffusion coefficient, they constructed new FCS system (SVC-FCS) in which observation volume could be controlled continuously and applied it to the measurement of the diffusion dynamics of a fluorescent molecules (Alexa488) in HA aqueous solution. By continuously covering the observation area from 400 nm to 1 μm, they found that the diffusion coefficient decreased in the case that the diffusion distance L was several times larger than the size of the mesh. They also revealed that the distance range at which the diffusion coefficient drastically changed was dependent on molecular size.

概要

　 D-グルクロン酸とD-N-アセチルグルコサミンが交互に結合した多糖類であるヒアルロン酸は、水に溶解したとき網目構造を形成する。ヒアルロン酸は多くの生物において細胞外マトリックス中に存在し、その網目構造により組織の機械的強度を維持して物理的ダメージから保護するとともに、タンパク、イオン等の物質輸送媒体としても機能する。従って、この網目構造のように不均一な溶液系における拡散挙動を理解することは重要である。
この論文の著者らはこれまでに、ヒアルロン酸水溶液中での分子拡散係数が拡散距離によって異なることを、種々の測定法を相補的に用いて観測しており、この拡散定数の距離依存性はヒアルロン酸水溶液の空間的階層性によるものであると予測している。
この論文では拡散定数の距離依存を詳細に、より定量的に観測するために、観測領域を連続的に変化させることができるFCSシステム（SVC-FCS）を構築し、ヒアルロン酸水溶液中の蛍光分子（Alexa488）の拡散ダイナミクスを測定した。
その結果、観測領域をおよそ400 nmから1μmの間で連続的に変化させることによって、拡散距離が網目サイズの数倍程度になると拡散係数が減少しはじめることを見出した。また、拡散係数が変化する拡散距離範囲は分子のサイズにも依存することが明らかとなった。

Reference

Akiko Masuda, Kiminori Ushida, and Takayuki Okamoto
Biophysical Journal Volume88 May 2005 3584-3591