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Biosensors and control of cell functions using biomolecular-recognition nanopores

Research Project

Project/Area Number 21K19039
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 37:Biomolecular chemistry and related fields
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

Kamiya Koki  群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (70612315)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywordsナノポアタンパク質 / リン脂質膜 / バイオセンシング / タンパク質改変 / 無細胞タンパク質合成系 / 膜タンパク質 / 一分子検出 / DNA検出 / リポソーム / 酵素反応
Outline of Research at the Start

遺伝子組換えナノポアタンパク質を作製し様々な生体分子を認識できるシステムを構築を目指す。そして、構築した機構を用いバイオセンサと細胞機能制御に応用展開する。

Outline of Final Research Achievements

We created a modified OmpG that expands and truncates β-hairpins, allowing the generation of small or large nanopores compared to that of wild-type (WT) OmpG nanopores. We demonstrated the detection of various structures of DNA (branched DNA) depending on the nanopore size using OmpG WT or mutated OmpG nanopores. Insights into the changes in pore diameters will be crucial to form precise pore diameters for the detection of various types of single biomolecules and for sequencing DNA, peptides, and proteins. Next, OmpG and OmpA synthesized by a cell-free synthesis system were incorporated into nano-sized liposomes. The nanopore formation in the nano-sized liposomes was confirmed using a patch-clamp method.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

βストランド数を増減させることでポア内のイオンの通過には、ポア内の水と接する部分のアミノ酸残基の電荷やかさ高さが重要な役割を果たしていることが分かった。改変体OmpGなどによって、分岐の長さが異なるT字DNAの検出に成功した。しがたって、自由にポアサイズを設計できるようになると、様々な大きさの生体分子の検出が可能になる。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 2021 Other

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

  • [Journal Article] Modified Outer Membrane Protein-G Nanopores with Expanded and Truncated β-Hairpins for Recognition of Double-Stranded DNA2022

    • Author(s)
      Tosaka Toshiyuki、Kamiya Koki
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 5 Issue: 5 Pages: 6149-6158

    • DOI

      10.1021/acsanm.1c04417

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation and function of OmpG or OmpA-incorporated liposomes using an in vitro translation system2022

    • Author(s)
      Kamiya Koki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 2376-2376

    • DOI

      10.1038/s41598-022-06314-4

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ポアサイズ変化させた改変型βバレルナノポアタンパクのリポソームへの再構成法の検討2023

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] DETECTION OF Y-SHAPED DNA USING MUTANT NANOPORE PROTEIN BY A PATCH CLAMP METHOD OF THE ARTIFICIAL LIPID BILAYER2022

    • Author(s)
      Toshiyuki Tosaka, Koki Kamiya
    • Organizer
      The 26th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生体分子の再構成による人工細胞膜の機能化2022

    • Author(s)
      神谷厚輝
    • Organizer
      立命館大学「生体膜・脂質研究の最前線」シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ポアサイズが異なる改変型βバレルナノポアタンパク質を用いた様々な形状のDNA検出2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第43回研究会(CHEMINAS 43)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 様々な形状のDNA検出のためのβストランド数変化した改変型βバレルナノポアタンパク質の構築2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      第60回生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ポアサイズを改変させたβバレルナノポアタンパク質による物質輸送2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      細胞を創る研究会 15.0
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 改変型ナノポアタンパク質のポアサイズ変換と様々な形状のDNA検出2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      日本化学会秋季事業 第12回 CSJ化学フェスタ2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 改変型Outer membrane protein Gの物質輸送の検討2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      第8回サイボウニクス研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] INVESTIGATION OF ION PERMEABILITY OF MUTANT NANOPORE-FORMING PROTEIN FOR BIOLOGICAL SENSING USING A PATCH CLAMP METHOD OF THE ARTIFICIAL LIPID BILAYER2021

    • Author(s)
      Toshiyuki Tosaka, Koki Kamiya
    • Organizer
      The 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 様々な大きさの生体分子検出を目指した改変型βバレルナノポアタンパク質の物質透過性の検討2021

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第43回研究会(CHEMINAS 43)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ポアサイズ変換を目指した改変型βバレルナノポアタンパク質の検討2021

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      細胞を創る研究会 14.0
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Investigation of pore diameter conversion of β-barrel nanopore-forming protein by changing number of β-strands2021

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      第59回生物物理学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] βストランド数を変化させた改変型βバレルナノポアタンパク質の物質透過性の検討2021

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      令和3年度 日本化学会関東支部群馬地区 研究交流発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] βストランド数変化によるβバレルナノポアタンパク質のポアサイズ変換と生体分子の検出2021

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      日本化学会 第102春季年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] カスケード反応効率化のためのDNAを介した酵素複合体の作製2021

    • Author(s)
      豆生田葵衣、神谷厚輝
    • Organizer
      日本化学会 第102春季年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] 群馬大学 大学院理工学府 分子科学部門 神谷研究室

    • URL

      http://kamiya.chem-bio.st.gunma-u.ac.jp/index2.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 群馬大学 理工学府分子科学部門 神谷研究室

    • URL

      http://kamiya.chem-bio.st.gunma-u.ac.jp/index2.html

    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-07-13   Modified: 2024-01-30  

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