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Development and Application of Fundamental Experimental Techniques for Elucidating the Relationship between Cell Membrane Tension and Membrane Protein Function

Research Project

Project/Area Number 20H03219
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 43040:Biophysics-related
Research InstitutionUniversity of Fukui

Principal Investigator

Iwamoto Masayuki  福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (40452122)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Keywords生体膜 / チャネル / 張力 / 電気生理 / 蛍光
Outline of Research at the Start

細胞膜の脂質二重層に発生する張力の作用はすべての膜タンパク質に及んでいる。しかし、微弱な膜張力を制御して機能解析を行うことの難しさから、膜張力作用の具体的影響については現在も明らかになっていない。本研究では独自に開発した人工膜実験法を基に、膜張力と膜タンパク質機能の関連解明に向けた基盤実験技術を確立させる。そして、典型的イオンチャネルの1分子機能解析を通して、膜張力研究への応用可能性を実証する。これまで事実上看過されてきた膜張力作用を、膜タンパク質制御因子として議論の俎上に載せることで、新たな研究領域の開拓を目指す。

Outline of Final Research Achievements

To elucidate the effect of membrane tension on membrane protein function, we established a basic system for membrane tension experiments based on our original lipid bilayer experimental method (CBB method). Using this system, we investigated the membrane tension dependence of the representative membrane protein, the potassium ion channel KcsA, at the single-molecule level. We were able to gain new insights into the structural changes that occur when the KcsA channel opens in response to tension and to identify the tension-sensing sites within the KcsA molecule.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

膜タンパク質は細胞の物質輸送や情報伝達の中心的な役割を果たす重要な分子である。従来、膜タンパク質の機能を制御する因子として、膜電位や化学修飾、信号分子の結合などが一般的に考えられてきた。私たちの研究により、代表的な膜タンパク質において、これまで明らかになっていなかった張力依存性とその仕組みが解明されたことで、膜張力という新たな制御因子が加わった。また、膜張力を考慮に入れて医薬品の膜タンパク質に対する作用機序を再評価することで、より精度の高い医薬品設計が可能になる。

Report

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

    (44 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 7 results) Presentation (30 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Cardiolipin binding enhances KcsA channel gating via both its specific and dianion-monoanion interchangeable sites2023

    • Author(s)
      Iwamoto Masayuki、Morito Masayuki、Oiki Shigetoshi、Nishitani Yudai、Yamamoto Daisuke、Matsumori Nobuaki
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 26 Issue: 12 Pages: 108471-108471

    • DOI

      10.1016/j.isci.2023.108471

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  • [Journal Article] Effect of Vasopressin V1a receptor activation on granule cell activities at the synapse in the mouse accessory olfactory bulb2023

    • Author(s)
      Taniguchi M, Murata Y, Yamaguchi M and Kaba H
    • Journal Title

      Journal of Physiological Science

      Volume: 73 Pages: 208-208

    • DOI

      10.1186/s12576-023-00867-3

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  • [Journal Article] 膜タンパク質機能における細胞膜の役割を人工膜実験で解明する2022

    • Author(s)
      岩本真幸
    • Journal Title

      アグリバイオ

      Volume: 6 Pages: 445-449

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  • [Journal Article] Sphingosine-1-Phosphate Induces ATP Release via Volume-Regulated Anion Channels in Breast Cell Lines2022

    • Author(s)
      Furuya K, Takahashi Y, Hirata H, Kobayashi T, Sokabe M
    • Journal Title

      J Physiol Sci

      Volume: 72 (suppl 1) Pages: 109-109

    • DOI

      10.1186/s12576-022-00851-3

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  • [Journal Article] Binding of cardiolipin to the KcsA channel at the membrane outer leaflet allosterically opens the inner gate2022

    • Author(s)
      Inada Masataka、Iwamoto Masayuki、Yoshida Norio、Oiki Shigetoshi、Matsumori Nobuaki
    • Journal Title

      BioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2022.02.08.479071

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  • [Journal Article] 膜タンパク質特性の検査台としての人工細胞膜2022

    • Author(s)
      岩本真幸
    • Journal Title

      細胞

      Volume: 54 Pages: 200-203

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    • Author(s)
      Ueki Misuzu、Iwamoto Masayuki
    • Journal Title

      FEBS Letters

      Volume: 595 Issue: 14 Pages: 1914-1919

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14141

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    • Author(s)
      Yano Keita、Iwamoto Masayuki、Koshiji Takaaki、Oiki Shigetoshi
    • Journal Title

      Data in Brief

      Volume: 38 Pages: 107309-107309

    • DOI

      10.1016/j.dib.2021.107309

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  • [Journal Article] Hysteresis of a Tension-Sensitive K+ Channel Revealed by Time-Lapse Tension Measurements2021

    • Author(s)
      Iwamoto Masayuki、Oiki Shigetoshi
    • Journal Title

      JACS Au

      Volume: 1 Issue: 4 Pages: 467-474

    • DOI

      10.1021/jacsau.0c00098

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  • [Journal Article] Conductance selectivity of Na+ across the K+ channel via Na+ trapped in a tortuous trajectory2021

    • Author(s)
      Mita Kenichiro、Sumikama Takashi、Iwamoto Masayuki、Matsuki Yuka、Shigemi Kenji、Oiki Shigetoshi
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 118 Issue: 12 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1073/pnas.2017168118

    • NAID

      120006996027

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Visualizing the osmotic water permeability of a lipid bilayer under measured bilayer tension using a moving membrane method2021

    • Author(s)
      Yano Keita、Iwamoto Masayuki、Koshiji Takaaki、Oiki Shigetoshi
    • Journal Title

      Journal of Membrane Science

      Volume: 627 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1016/j.memsci.2021.119231

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      2020 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Physical and Chemical Interplay Between the Membrane and a Prototypical Potassium Channel Reconstituted on a Lipid Bilayer Platform2021

    • Author(s)
      Iwamoto Masayuki、Oiki Shigetoshi
    • Journal Title

      Frontiers in Molecular Neuroscience

      Volume: 14 Pages: 1-7

    • DOI

      10.3389/fnmol.2021.634121

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      2020 Annual Research Report
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  • [Presentation] 微小油中水滴を用いた脂質二重膜の張力制御下での水透過性測定とAQP研究への応用2024

    • Author(s)
      植木美鈴、真木孝尚、岩本真幸
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      第101回日本生理学会大会
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      松木悠佳、高島政子、岩本真幸、吉田俊之、老木成稔
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      第101回日本生理学会大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 一分子アクアポリン6 のイオン透過は大きな単位コンダクタンスをもち、アニオンとカチオンに対する選択性が変化する2024

    • Author(s)
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • Organizer
      第101回日本生理学会大会
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  • [Presentation] Reconstituted lipid bilayers to elucidate physicochemical interactions between ion channels and membranes2023

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      Masayuki Iwamoto
    • Organizer
      Ion Channel Modulation Symposium (ICMS) 2023 Tokyo
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 一分子計測から推定する水チャネル・アクアポリン6のイオン透過路2023

    • Author(s)
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
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      生理研研究会「構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて」
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] TRAAKチャネルの特徴的なフリッカーゲーティングは内葉張力によって制御されている2023

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      真木孝尚、松木悠佳、吉田俊之、老木成稔、岩本真幸
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  • [Presentation] イオン透過性のアクアポリン6 は大きな単位コンダクタンスをもち、酸性溶液と中性溶液でアニオンとカチオンに対する選択性が変化する2023

    • Author(s)
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
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      日本生物物理学会第61回年会
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  • [Presentation] Asymmetric manipulation of the lipid bilayer tension revealed an inner leaflet tension dependence in the single TRAAK channel gating2023

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      真木孝尚、松木悠佳、吉田俊之、老木成稔、岩本真幸
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  • [Presentation] Ion-conducting property of aquaporin 6 in a contact bubble bilayer2023

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      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
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      第100回日本生理学会大会
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      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
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      第100回日本生理学会大会
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  • [Presentation] The functional analysis of human TMEM16F at the single-molecule level2023

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      影山哲平、櫻井大雅、清水貴浩、中尾裕之、岩本真幸、藤井拓人、永森收志、中野実、老木成稔、酒井秀紀
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      第100回日本生理学会大会
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      岩本真幸
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      生理研研究会「構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて」
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  • [Presentation] Ion conducting properties of Aquaporin 6 reconstituted in the contact bubble bilayer2022

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      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
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  • [Presentation] Concurrent effect of the membrane thickness and tension on the gating of the KcsA potassium channel2022

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      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
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      日本生物物理学会第60回年会
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      日本生物物理学会第60回年会
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  • [Presentation] 脂質二重膜張力の非対称制御によるカリウムチャネル開閉機構の探究2022

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      真木孝尚、植木美鈴、宮腰雅美、松木悠佳、老木成稔、岩本真幸
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      生理研研究会「細胞の局所コミュニティ研究会」
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] チャネル形成ペプチドpolytheonamide Bと膜との相互作用2022

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  • [Presentation] Analysis of water permeability of human Aquaporin6 using moving membrane method2021

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      The 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
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  • [Presentation] ナノ流路内逆ミセル接触による脂質二重膜の垂直形成と測定2021

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      岩本真幸、老木成稔
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      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
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      第98回日本生理学会大会
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  • [Presentation] ナノ流路における脂質二重膜の形成と測定法の開発2021

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      川岸啓人、老木成稔、岩本真幸、許岩
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    • Author(s)
      松木悠佳、高島政子、岩本真幸、老木成稔
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      生理研研究会「生体コモンスペース研究会」
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  • [Presentation] 動的膜張力操作によるKcsAチャネルゲート開閉特性の研究2020

    • Author(s)
      岩本真幸、老木成稔
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  • [Presentation] カリウムチャネル選択性フィルタ内のイオン選択的ダイナミクス2020

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      三田建一郎、炭竈享司、岩本真幸、老木成稔
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      生理研研究会「イオンチャネルと生体膜のダイナミクス:構造生物学の先にあるもの」
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      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 福井大学医学部分子神経科学HP

    • URL

      https://www.med.u-fukui.ac.jp/laboratory/molecular-neuroscience/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 脂質二重膜の制御装置、制御プログラム、制御方法、制御システム及び薬剤のスクリーニング方法2021

    • Inventor(s)
      吉田俊之、老木成稔、岩本真幸
    • Industrial Property Rights Holder
      福井大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-014217
    • Filing Date
      2021
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      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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