Project/Area Number |
20K20550
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
平野 愛弓 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (80339241)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
但木 大介 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (30794226)
馬 騰 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (10734543)
山本 英明 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10552036)
小宮 麻希 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (00826274)
火原 彰秀 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312995)
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Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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Keywords | 膜タンパク質機能解析 / 脂質二分子膜 / Lateral bias / 微細加工技術 |
Outline of Research at the Start |
電界効果トランジスタにおけるゲート電圧をLateral biasとして導入した脂質二分子膜系を形成し,この膜系に基づく新しい膜タンパク質機能解析場を創出する.既に予備知見として,Lateral biasによってイオンチャネルの開口が誘導される現象を見出しており,本研究では,この作動原理の解明を行うとともに,従来の膜電位のみでは解析困難であった高速不活性化チャネルや機械刺激作動性チャネルの機能解析場・薬物スクリーニング系として展開する.本研究のLateral bias系は,イオンチャネルのみならず様々な膜タンパク質の研究や膜科学における新潮流を生み出す解析手法となる.
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Outline of Annual Research Achievements |
我々はこれまで,電位依存性Naチャネルが示す膜貫通電流やフラーレン誘導体(PCBM)含有膜が示す膜貫通方向の光誘起電流が,Lateral biasの印加によって,ともに増大する現象を報告してきた(Faraday Discuss., 2022; Membranes, 2022).1940年代の電圧固定法の発明以来,イオンチャネル等の膜タンパク質の機能評価は,膜貫通方向の電圧印加による開孔確率の制御に基づいてきたが,そこにLateral biasが導入されることにより,パッチクランプ法のみに頼ってきた膜タンパク質の機能評価の現場に新機軸が生まれる可能性がある.しかし,Lateral biasの印加から膜貫通電流の増大に至るメカニズムは不明であり,その展開の障壁となっていた.2022年度は,前年度に立ち上げた脂質二分子膜の蛍光イメージング観測系を用いて,種々の膜物性に対するLateral biasの作用の定量的評価を進め,そのメカニズムの概要を明らかにした(投稿準備中).その過程において,Lateral biasを印加するための電極材料として用いていたチタン(Ti)がTiO2へと酸化しやすく,電圧印加に伴って接触抵抗が増大してしまうという課題も判明したため,酸化しにくい金属材料を用いた電極プロセスについても検討し,電極の長寿命化を試みた.また,Lateral biasによって誘起されたチャネル電流の解析法として,ユーザー入力不要の適応的解析アルゴリズムを開発し,新規な自動解析手法として提案した(投稿中).一方,イオンチャネルは神経信号伝達におけるキープレイヤーでもあるため,本研究では,神経細胞膜中のイオンチャネルに対する新しい刺激電極(J. Nanotechnol., 2022)や記録法の開発(Front. Neurosci., 2023)についても検討を行った.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の主テーマであるLateral biasという新概念について,Lateral biasを印加可能な膜系の構築と,膜貫通電流を増強する効果について報告している.さらに,Lateral biasのメカニズム解明について,昨年度に構築した脂質二分子膜-蛍光観察系を用いて,蛍光プローブ分子に基づく解析を進めており,そのメカニズムを解明しつつある(論文執筆中).また,派生研究として,神経細胞膜中のイオンチャネルに対する新しい刺激法や記録法の開発についても論文として公表しており,当初の予定通り,概ね順調に進展していると言える.
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Strategy for Future Research Activity |
本年度に引き続き,Lateralbiasの脂質二分子膜系および細胞膜系への作用メカニズムの解明に向けての検討を進めると同時に,その生理学的意義付けや新規計測法としての展開可能性についても検討する.また,最終年度として,これまで得られた結果(PCBM系,イオンチャネル系,Lateral biasの作用機構)について総括する.
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