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2D Ion Channel Density and Single Molecule Activity: Unraveling a Novel Modality of Membrane Protein Regulation

Research Project

Project/Area Number 21K19212
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
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) 2021-07-09 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Keywordsチャネル / 脂質2重膜 / 離合集散 / 電気生理 / 蛍光 / 集散
Outline of Research at the Start

脂質2重膜上における膜タンパク質2次元密度を自由自在に制御する実験手法を確立し、イオンチャネル1分子機能解析に応用することで、密度-活性関係の解明を目指す。ポイントは、①独自の脂質2重膜実験法でのリアルタイム膜面積操作によるタンパク質2次元密度制御、②高密度集団中にある1個の分子だけから活性の信号を取得する実験デザイン、である。これら2つを組み合わせ、“2次元分子密度軸に沿った活性制御”という、タンパク質制御概念の新基軸展開に挑戦する。本研究では、そのたたき台となる最も基礎的な実験データの取得を目指す。

Outline of Final Research Achievements

The quantitative effects of the aggregation and dispersion of membrane proteins on the cell membrane on their activity have not been clearly elucidated. In this study, we aimed to develop an experimental method that allows functional analysis while controlling the two-dimensional density of membrane proteins using our unique lipid bilayer formation technique, the CBB method. In the experiments, the ion channel protein KcsA was fluorescently labeled, and we analyzed differences in the aggregation states of KcsA within the membrane and the changes in the behavior of KcsA upon manipulation of the membrane area. Through these analyses, we were able to obtain fundamental data for establishing a two-dimensional density control method for membrane proteins.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞膜上での膜タンパク質の離合集散を実験的に制御できれば、これまで定量的に解析されていなかった集合状態が活性に与える影響を検討することができる。そのための実験手法を、独自の脂質二重膜操作技術を用いて開発することを目指した本研究は、タンパク質活性の新たな制御様式を解明するという学術的課題に挑むものである。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。離合集散による制御の仕組み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ため、社会的意義も大きい。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (33 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (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

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [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

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [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

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [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

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [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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      2021 Research-status Report
    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [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

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Fluorescent labeling in size‐controlled liposomes reveals membrane curvature‐induced structural changes in the KcsA potassium channel2021

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

      FEBS Letters

      Volume: 595 Issue: 14 Pages: 1914-1919

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14141

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Geometrical and electrophysiological data of the moving membrane method for the osmotic water permeability of a lipid bilayer2021

    • 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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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [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
    • Organizer
      第101回日本生理学会大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 接触バブル二重膜法を用いた膜張力クランプ法の開発2024

    • Author(s)
      松木悠佳、高島政子、岩本真幸、吉田俊之、老木成稔
    • Organizer
      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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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Reconstituted lipid bilayers to elucidate physicochemical interactions between ion channels and membranes2023

    • Author(s)
      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
    • Organizer
      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

    • Author(s)
      真木孝尚、松木悠佳、吉田俊之、老木成稔、岩本真幸
    • Organizer
      日本生物物理学会第61回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [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
    • Organizer
      日本生物物理学会第61回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Asymmetric manipulation of the lipid bilayer tension revealed an inner leaflet tension dependence in the single TRAAK channel gating2023

    • Author(s)
      真木孝尚、松木悠佳、吉田俊之、老木成稔、岩本真幸
    • Organizer
      第100回日本生理学会大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Ion-conducting property of aquaporin 6 in a contact bubble bilayer2023

    • Author(s)
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • Organizer
      第100回日本生理学会大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] The interplay between the membrane thickness and tension on the gating of the KcsA potassium channel2023

    • Author(s)
      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
    • Organizer
      第100回日本生理学会大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] The functional analysis of human TMEM16F at the single-molecule level2023

    • Author(s)
      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
    • Organizer
      第100回日本生理学会大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] カリウムイオンチャネルにおけるtrans-leaflet情報伝達2022

    • Author(s)
      岩本真幸
    • Organizer
      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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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Ion conducting properties of Aquaporin 6 reconstituted in the contact bubble bilayer2022

    • Author(s)
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • Organizer
      日本生物物理学会第60回年会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Concurrent effect of the membrane thickness and tension on the gating of the KcsA potassium channel2022

    • Author(s)
      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
    • Organizer
      日本生物物理学会第60回年会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Exploring the membrane tension sensing sites in the KcsA potassium channel2022

    • Author(s)
      植木美鈴、宮腰雅美、老木成稔、岩本真幸
    • Organizer
      日本生物物理学会第60回年会
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      2022 Research-status Report
  • [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

    • Author(s)
      真木孝尚、植木美鈴、宮腰雅美、松木悠佳、老木成稔、岩本真幸
    • Organizer
      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 Research-status Report
  • [Presentation] チャネル形成ペプチドpolytheonamide Bと膜との相互作用2022

    • 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「細胞の局所コミュニティ研究会」
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 蛍光標識による KcsAカリウムイオンチャネルの膜曲率依存的な構造変化の評価2022

    • Author(s)
      植木美鈴、岩本真幸
    • Organizer
      第99回日本生理学会大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] イオン透過性を持つアクアポリン6の膜再構成法によるゲーティング特性の解析2022

    • Author(s)
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • Organizer
      第99回日本生理学会大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] KcsAカリウムチャネルのチャネル活性と脂質2重膜の膜厚の関係2022

    • Author(s)
      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
    • Organizer
      第99回日本生理学会大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Fluorescence detection of membrane curvature-induced structural changes in the KcsA potassium channel2021

    • Author(s)
      植木美鈴、岩本真幸
    • Organizer
      日本生物物理学会第59回年会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Analysis of water permeability of human Aquaporin6 using moving membrane method2021

    • Author(s)
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • Organizer
      日本生物物理学会第59回年会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Formation of vertical lipid bilayers in nanofluidic channels by contact of reverse micelles2021

    • Author(s)
      Kawagishi H, Oiki S, Iwamoto M, Xu Y
    • Organizer
      The 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [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

    • Author(s)
      川岸啓人、老木成稔、岩本真幸、許岩
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第44回研究会
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      2021 Research-status 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/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Research-status Report 2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-07-13   Modified: 2025-01-30  

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