| Project/Area Number |
20H00497
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 48:Biomedical structure and function and related fields
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
老木 成稔 福井大学, 高エネルギー医学研究センター, 特命教授 (10185176)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 貴浩 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 准教授 (40353437)
岩本 真幸 福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (40452122)
松森 信明 九州大学, 理学研究院, 教授 (50314357)
許 岩 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90593898)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥45,240,000 (Direct Cost: ¥34,800,000、Indirect Cost: ¥10,440,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2020: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
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| Keywords | 脂質2重膜 / イオンチャネル / 膜物性 / 膜張力 / 接触バブル2重膜法 / コレステロール / 膜双極子電位 |
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| Outline of Research at the Start |
生体膜は細胞にとって運動・エネルギー変換・情報伝達など様々な機能を担っており、その中心的な役割は膜蛋白質だけではなく脂質2重膜も担っている。細胞膜の複雑さを回避し、自由に化学的・物理的変化を起こし、それを正確に測定できる脂質2重膜での実験を行うことが本研究の目的である。脂質2重膜は外力だけでなく、その化学組成が変化することで張力や膜内電位が変化するのでこれを捉える方法を開発中である。これらの方法を確立することにより脂質2重膜の化学－物理変換機構を明らかにする。そしてこの変化に直接影響を受けるチャネルの機能を一分子測定することで脂質2重膜－チャネル相互作用の新しい機構を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
脂質2重膜はチャネルにどのように働きかけてその機能を制御しているのか。これが本研究の問いである。脂質2重膜はチャネルなどを載せる単なる受動的な容器ではなく、もっと能動的にチャネルに働きかけていることが分かってきた。この機構を解明することが本研究の目的であり、このことにより生体膜の複雑な機能の理解が深まる。脂質2重膜の内部では膜張力や膜内電場などの物理特性が変化し、チャネルに働きかけている。そしてそれらの物理特性は、脂質組成の変動や膜に溶け込む小分子（リガンドや薬物）によっても変化することが明らかになってきた。すなわち脂質2重膜は、リガンドや薬物が膜に入り込み化学組成変化が起これば、内部の物理特性を変化させ（化学－物理変換）、それをチャネルに作用させる、一種の「化学－物理変換体」である。この機構を解明するために生体膜を解体し、脂質2重膜にチャネルを組み込んだ系（再構成チャネル膜）で実験を行うことが本研究の戦略である。研究代表者らが世界に先駆けて開発した再構成 チャネル膜法によって様々な実験が可能になり、「脂質2重膜の化学-物理変換という普遍的な機構とチャネルへの作用」を解明する。特に膜張力は様々な生理的環境の中で変化し、その変化が直接チャネルに作用するので、膜張力をダイナミックに測定することが不可欠である。これにより従来、静的・半定量的であった 実験の精度を上げ、より詳細なチャネル－膜相互作用について検討した。
本年度の特筆すべき実績は、チャネルのゲート特性を解析するための新しい方法を開発することに成功したことである。従来の方法では解析できなかった単一チャネルのフリッカー現象を解析できるようになった。この解析方法の確立に膨大な時間を費やしたが、これによりチャネルが膜張力に対してどのように応答しているか明らかになり、投稿間近である。これに関係する論文も投稿準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
膜物理測定のために接触バブル2重膜法に様々な工夫を行った結果、方法論としてほぼ完成の域に達しつつある。従来のパッチクランプ法では不可能であった膜張力実験ができる実験系を確立することができた。例えば膜張力は広い範囲で急速に変化させることができ、しかも正確に張力を測定できる。これらの方法を発表する準備を着々と進めている。現在この方法を駆使して、様々なチャネルの分子機構を実験・解析しており、その結果、従来見落とされていた膜現象を捉えることに成功した。例えば張力の高速測定を前提として、膜電位に対する未知の過渡的応答を詳細に検討しつつある。
チャネルに関しては従来のKcsAカリウムチャネルだけでなく、アクアポリン・TMEM16Fを含めた数種類のチャネルの実験と解析を進め結果がほぼ出そろった。これらのデータに対し新しい解析法の開発とそれを使った解析に数か月を要したが、普遍的な方法として今後、単一チャネル電流解析の標準法となるものが完成した。
実験法・解析法ともに世界のどこにもないユニークな研究を通し、チャネル機能の新しい分子機構を解明することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
接触バブル2重膜法は電気的・力学的測定のために実験法としてほぼ確立し、様々なチャネルと膜自体に対する実験を効率よく進め、結果が蓄積している。すでにほぼ書き上げたものも含め数報の論文が投稿段階にあるが、これらの成果を論文として発表することが重要な課題である。
最近の脂質研究の進歩は著しく、それらの成果を踏まえて行うべき実験は多数ある。中でも非対称膜に対する関心が高まっており、我々の実験系で可能ないくつかの課題を進める予定である。他の非対称膜より優れた特性を持つ我々の実験系の特徴を生かした実験を行う。
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