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Elucidation of regulation of chemosensory mechanisms by extracellular substances and their application to the development of biomimetic chemical sensors

Research Project

Project/Area Number 19H02531
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Sato Koji  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (20444101)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 川野 竜司  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90401702)
岩槻 健  東京農業大学, 応用生物科学部, 教授 (50332375)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords匂いセンサー / 嗅覚 / 生体機能利用 / 電気化学 / 嗅粘液 / 味覚
Outline of Research at the Start

現在、嗅覚などの化学感覚が物質を感じる仕組みとその関連遺伝子は、ほとんどが明らかにされている。しかしそれらを培養細胞で再構成してもいまだ、イヌの鼻のような優れた分子認識機能を実現するには至っていない。本研究では主に嗅覚器を対象に、細胞外物質と化学感覚器の相互作用の観点から、嗅覚の超感受性を実現する分子機構の解明を目指す。さらに微細加工技術との技術統合により、化学感覚を模倣して生体の高機能性を再現した化学センサーの応用展開を試みる。

Outline of Final Research Achievements

The olfactory organ is an ultra-sensitive odor sensor, and almost all genes involved in this signal transduction cascade have been identified. However, functional expression systems do not reproduce the performance of olfaction, indicating that the elucidation of the ultra-sensitivity mechanism is required for developing biomimetic odor sensors. In this study, with the aim to develop foundational technologies for biomimetic odor sensors, we examined the role of extracellular substances in the regulation of olfactory sensitivity, and the techniques for stimulating cells in an aqueous solution with vapor odorants. As a result, we successfully developed various measurement techniques related to the detection of response of cells expressing odorant receptors to vapor odorants, using real-time measurement of cAMP, a direct indicator of odor response. We demonstrated that the olfactory organ is not only ultra-sensitive but also possesses a unique rapid response capability to odorants.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の最大の成果は、脊椎動物で匂い応答の直接指標となるcAMPの高速イメージングに成功し、嗅覚には超感受性だけでなく、動物が素早く匂いを検出するための高速応答性が備わっていることを明らかにしたことである。これまで生物模倣型の匂いセンサー素子として、電気信号を直接発する昆虫の嗅覚受容体が主に利用されていたが本技術により、イヌも含めた脊椎動物の嗅覚受容体をセンサーに利用できるようになった。また嗅覚器を模倣するための人工粘液の作製や匂い物質の無細胞計測など、匂いセンサー開発に関連する様々な基盤技術を発展させることができた。

Report

(5 results)
  • 2023 Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Structural model for ligand binding and channel opening of an insect gustatory receptor.2022

    • Author(s)
      Morinaga S, Nagata K, Ihara S, Yumita T, Niimura Y, Sato K, Touhara K
    • Journal Title

      J Biol Chem

      Volume: 298 Issue: 11 Pages: 102573-102573

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.102573

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 嗅覚の分子機構と、センサー応用に向けた技術開発2022

    • Author(s)
      佐藤 幸治
    • Organizer
      センサ&IoTコンソーシアム マンスリーセミナーVol. 6
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 昆虫味覚受容体のリガンド結合およびチャネル開閉を説明する構造モデルの構築2022

    • Author(s)
      森永敏史、永田宏次、伊原さよ子、新村芳人、佐藤幸治、東原和成
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] サル小腸オルガノイドを用いた内分泌細胞誘導系の確立2021

    • Author(s)
      有永 理峰、稲葉 明彦、今井 啓雄、佐藤 幸治、山根 拓実、大石 祐一、岩槻 健
    • Organizer
      第75回日本栄養・食糧学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 魚類嗅神経細胞の電気的性質2021

    • Author(s)
      佐藤 幸治
    • Organizer
      Chemosensation and Behavior Workshop 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] A structural model for the channel pore and ligand binding sites of an insect gustatory receptor2019

    • Author(s)
      Satoshi Morinaga, Koji Nagata, Sayoko Ihara, Yoshihito Niimura, Koji Sato, Kazushige Touhara
    • Organizer
      European Symposium for Insect Taste and Olfaction XVI
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 液相を介した気相匂い物質の検出には、マイクロスケールの液厚の変化が影響する2019

    • Author(s)
      佐藤 幸治
    • Organizer
      第9回名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 液相を介した気相匂い物質の検出には、マイクロスケールの液厚の変化が影響する2019

    • Author(s)
      佐藤 幸治
    • Organizer
      日本味と匂学会第53回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Top-down and bottom-up approaches for studying the molecular mechanism of olfaction2019

    • Author(s)
      Koji Sato
    • Organizer
      日本比較生理生化学会第41回東京大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] においのセンシング、分析技術と可視化2020

    • Author(s)
      佐藤 幸治他77名
    • Total Pages
      543
    • Publisher
      技術情報協会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 昆虫味覚受容体の糖認識と活性化機構の立体構造モデル

    • URL

      https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20221109-1.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2025-01-30  

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