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Comprehensive understanding of the phospholipid flip mechanism in the endoplasmic reticulum and establishment of the control technology of biomembrane dynamics

Research Project

Project/Area Number 17H02941
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
Research InstitutionUniversity of Toyama

Principal Investigator

Nakano Minoru  富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 教授 (70314226)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 池田 恵介  富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 准教授 (00553281)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2017: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Keywordsリン脂質 / フリップフロップ / 蛍光 / 中性子散乱 / 膜貫通ペプチド
Outline of Final Research Achievements

Aiming to reproduce the function of phospholipid scramblases with artificial peptides, we searched for the optimal transmembrane amino acid sequence to scramble membrane phospholipids and used the peptides to realize a new method to control cell function and survival. We introduced polar amino acid residue(s) into the center of the transmembrane sequence of the peptides and optimized their phospholipid scramblase activity by changing the type and arrangement of the residues. By inserting the peptide with scramblase activity into the cell membranes, we succeeded in exposing the phosphatidylserine (PS) on the cytoplasmic side of the cell membrane to the outside, and in phagocytosis of the PS-exposed cells by macrophages.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で確立した種々の脂質ダイナミクス評価法は、リン脂質スクランブラーゼやフリッパーゼなどの機能評価、機能解明に貢献すると考えられる。また、本研究により人工ペプチドを用いて細胞の機能や生死を制御する新たな手法を構築することができた。この手法は新たなケミカルバイオロジー技術として、がんなどの様々な疾患に対する新たな治療法の創出に繋がる可能性があり、ペプチドの膜挿入の細胞選択性やスクランブラーゼ活性の向上を図ることで、その実現が期待される。

Report

(5 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (76 results)

All 2021 2020 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (15 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 7 results) Presentation (59 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Biophysical parameters of the Sec14 phospholipid exchange cycle ? Effect of lipid packing in membranes2021

    • Author(s)
      Sugiura Taichi、Nakao Hiroyuki、Ikeda Keisuke、Khan Danish、Nile Aaron H.、Bankaitis Vytas A.、Nakano Minoru
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes

      Volume: 1863 Issue: 1 Pages: 183450-183450

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2020.183450

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Amphipathic Peptide?Phospholipid Nanofibers: Phospholipid Specificity and Dependence on Concentration and Temperature2021

    • Author(s)
      Ikeda Keisuke、Horiuchi Ayame、Yoshino Misa、Shimizu Chinatsu、Nakao Hiroyuki、Nakano Minoru
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 37 Issue: 2 Pages: 713-721

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.0c02819

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  • [Journal Article] Development of membrane-insertable lipid scrambling peptides: A time-resolved small-angle neutron scattering study2021

    • Author(s)
      Nakao Hiroyuki、Kimura Yusuke、Sakai Ami、Ikeda Keisuke、Nakano Minoru
    • Journal Title

      Structural Dynamics

      Volume: 8 Issue: 2 Pages: 024301-024301

    • DOI

      10.1063/4.0000045

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Temperature- and composition-dependent conformational transitions of amphipathic peptide-phospholipid nanodiscs2021

    • Author(s)
      Anada Chiharu、Ikeda Keisuke、Egawa Ayako、Fujiwara Toshimichi、Nakao Hiroyuki、Nakano Minoru
    • Journal Title

      Journal of Colloid and Interface Science

      Volume: 588 Pages: 522-530

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2020.12.090

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  • [Journal Article] Pro-inflammatory macrophages coupled with glycolysis remodel adipose vasculature by producing platelet-derived growth factor-B in obesity2020

    • Author(s)
      Onogi Yasuhiro、Wada Tsutomu、Okekawa Akira、Matsuzawa Takatoshi、Watanabe Eri、Ikeda Keisuke、Nakano Minoru、Kitada Munehiro、Koya Daisuke、Tsuneki Hiroshi、Sasaoka Toshiyasu
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 670-670

    • DOI

      10.1038/s41598-019-57368-w

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural Feature of Lipid Scrambling Model Transmembrane Peptides: Same-Side Positioning of Hydrophilic Residues and Their Deeper Position2020

    • Author(s)
      Nakao Hiroyuki、Sugimoto Yuta、Ikeda Keisuke、Saito Hiroaki、Nakano Minoru
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 11 Issue: 5 Pages: 1662-1667

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c00175

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  • [Journal Article] Novel Cubosome System Resistant to Lipid Removal by Serum Albumin2019

    • Author(s)
      Uyama Makoto、Handa Tetsurou、Nakano Minoru
    • Journal Title

      Chemical and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 67 Issue: 10 Pages: 1099-1103

    • DOI

      10.1248/cpb.c19-00370

    • NAID

      130007722050

    • ISSN
      0009-2363, 1347-5223
    • Year and Date
      2019-10-01
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  • [Journal Article] Evaluation of Interbilayer and Transbilayer Transfer Dynamics of Phospholipids Using Time-Resolved Small-Angle Neutron Scattering2019

    • Author(s)
      Nakano Minoru
    • Journal Title

      Chemical and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 67 Issue: 4 Pages: 316-320

    • DOI

      10.1248/cpb.c18-00942

    • NAID

      130007621733

    • ISSN
      0009-2363, 1347-5223
    • Year and Date
      2019-04-01
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Biophysical Parameters of the Sec14 Phospholipid Exchange Cycle2019

    • Author(s)
      Sugiura Taichi、Takahashi Chisato、Chuma Yusuke、Fukuda Masakazu、Yamada Makiko、Yoshida Ukyo、Nakao Hiroyuki、Ikeda Keisuke、Khan Danish、Nile Aaron H.、Bankaitis Vytas A.、Nakano Minoru
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 116 Issue: 1 Pages: 92-103

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2018.11.3131

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Characterization of human ATP-binding cassette protein subfamily D reconstituted into proteoliposomes.2018

    • Author(s)
      Okamoto T, Kawaguchi K, Watanabe S, Agustina R, Ikejima T, Ikeda K, Nakano M, Morita M, Imanaka T.
    • Journal Title

      Biochem Biophys Res Commun.

      Volume: 496 Issue: 4 Pages: 1122-1127

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.01.153

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Hydrophilic Residues and Hydrophobic Length on Flip-Flop Promotion by Transmembrane Peptides2018

    • Author(s)
      Hiroyuki Nakao, Chihiro Hayashi, Keisuke Ikeda, Hiroaki Saito, Hidemi Nagao, Minoru Nakano
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 122 Issue: 15 Pages: 318-4324

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b00298

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  • [Journal Article] Discovery of a sugar-based nanoparticle universally existing in boiling herbal water extracts and their immunostimulant effect2018

    • Author(s)
      Iitsuka Hirofumi、Koizumi Keiichi、Inujima Akiko、Suzaki Mikiko、Mizuno Yusuke、Takeshita Yoshiki、Eto Takeshi、Otsuka Yoshiki、Shimada Ryo、Liu Mengxin、Ikeda Keisuke、Nakano Minoru、Suzuki Ryo、Maruyama Kazuo、Zhou Yue、Sakurai Hiroaki、Shibahara Naotoshi
    • Journal Title

      Biochemistry and Biophysics Reports

      Volume: 16 Pages: 62

    • DOI

      10.1016/j.bbrep.2018.08.004

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  • [Journal Article] Formation of asymmetric vesicles via phospholipase D-mediated transphosphatidylation2018

    • Author(s)
      Takaoka Rina、Kurosaki Haruko、Nakao Hiroyuki、Ikeda Keisuke、Nakano Minoru
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes

      Volume: 1860 Issue: 2 Pages: 245-249

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2017.10.011

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  • [Journal Article] Effect of Dialkyl Ammonium Cationic Surfactants on the Microfluidity of Membranes Containing Raft Domains2018

    • Author(s)
      Uyama Makoto、Inoue Kaori、Kinoshita Koichi、Miyahara Reiji、Yokoyama Hirokazu、Nakano Minoru
    • Journal Title

      Journal of Oleo Science

      Volume: 67 Issue: 1 Pages: 67-75

    • DOI

      10.5650/jos.ess17124

    • NAID

      130006301098

    • ISSN
      1345-8957, 1347-3352
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  • [Journal Article] Nanodisc-to-Nanofiber Transition of Noncovalent Peptide?Phospholipid Assemblies2017

    • Author(s)
      Ikeda Keisuke、Horiuchi Ayame、Egawa Ayako、Tamaki Hajime、Fujiwara Toshimichi、Nakano Minoru
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 2 Issue: 6 Pages: 2935-2944

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b00424

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  • [Presentation] アミノ酸変異がリン脂質-両親媒性ペプチドナノファイバー形成に与える影響2021

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      加藤 達也,中尾 裕之,池田 恵介,中野 実
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      日本薬学会第141年会
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      穴田千晴,中尾裕之,池田恵介,中野 実
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      木村優介,中尾裕之,池田恵介,中野 実
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      西川優太,中尾裕之,池田恵介,中野 実
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      富山薬学研究会2020
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      佐藤 愛,池田 恵介,中尾 裕之,中野 実
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      池田 恵介,中野 実
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      佐藤 愛,池田 恵介,中尾 裕之,中野 実
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      穴田 千晴,池田 恵介,江川 文子,藤原 敏道,中尾 裕之,中野 実
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      中野 実,杉浦 太一,中尾 裕之,池田 恵介
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      木村 優介,中尾 裕之,池田 恵介,中野 実
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      中尾 裕之,杉本 佑太,池田 恵介,齋藤 大明,中野 実
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      穴田 千晴,池田 恵介,江川 文子,藤原 敏道,中尾 裕之,中野 実
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      木村 優介,中尾 裕之,池田 恵介,中野 実
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      吉田 右京,中尾 裕之,池田 恵介,中野 実
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      吉田 右京,中尾 裕之,池田 恵介,中野 実
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      中尾 裕之,杉本 佑太,池田 恵介,齋藤 大明,中野 実
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      日本薬学会第139年会
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      藤原 裕平,中尾 裕之,池田 恵介,中野 実
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      日本薬学会第139年会
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      中野 実
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      吉田 右京,杉浦 太一,中尾 裕之,池田 恵介,中野 実
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      中尾 裕之,杉本 佑太,池田 恵介,中野 実
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      The 2nd TAA-Pharm Symposium
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      杉浦 太一,吉田 右京,中尾 裕之,池田 恵介,中野 実
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
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  • [Book] 脂質の物性,脂質解析ハンドブック(新井洋由、清水孝雄、横山信治 編)pp34-482019

    • Author(s)
      中野 実
    • Total Pages
      310
    • Publisher
      羊土社
    • ISBN
      9784758122412
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  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.pha.u-toyama.ac.jp/biointerface/index-j.html

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Published: 2017-04-28   Modified: 2022-01-27  

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