1分子運動解析によるレドックス感受性TRPの分子運動基盤

• Project Area: Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
• Project/Area Number: 17H05539
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 三尾 和弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, ラボチーム長 (40470041)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2018: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: TRPチャネル / １分子運動解析 / X線回折 / 分子動態解析 / TRP / イオンチャネル / X線1分子追跡 / 電子顕微鏡解析 / タンパク質分子運動

Outline of Annual Research Achievements

細胞のレドックス感受機構の解明を目的に、酸素感受性イオンチャネルであるTRPV1を題材として、その分子運動機構の実測技術の開発を行った。Spring-8白色X線を用いたX線１分子追跡法（DXT: Diffracted X-ray Tracking）では、タンパク質を金ナノ結晶で標識し、回折スポットの運動を3次元（傾斜、回転、時間）リアルタイム分析を行った。ケミカルリガンドであるカプサイシンに対する反応を検討したところ、時間軸におけるライフタイムフィルターを適用することにより、カプサイシン投与によりチャネル開方向に向けての運動バイアスを抽出することができた。一方、アンタゴニスト投与環境下では、逆方向の運動バイアスが検出され、ゲーティング時の分子内部運動を示すことができた。活性制御機構を理解するための基礎データを得ることができた。またカプサイシン非応答性の変異体を用いて運動計測を行ったところ、リガンドを投与しているにもかかわらず、アンタゴニスト投与時と同様の負の運動バイアスが検出された。
また実験室装置での分子運動解析を目的に、ピクセル輝度の自己相関係数から分子揺らぎを導出する、単色X線輝点明滅法（Lab-DXB: 輝点明滅法）を開発した。現在100ms程度のデータ取得まで可能で、細胞表面分子の計測も可能なため、新しいス創薬クリーニング装置としても期待できる。Lab-DXBを用いて、細胞上に発現しているイオンチャネルやGPCRなどの受容体の細胞上運動計測技術の確立にも成功したため、酸化還元培養環境下での分子運動解析を行った。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Expression of Ice-Binding Proteins in Caenorhabditis elegans Improves the Survival Rate upon Cold Shock and during Freezing (2019)
  • Author(s): Masahiro Kuramochi, Chiaki takanashi, Akari Yamauchi, Motomichi Doi, Kazuhiro Mio, Sakae tsuda, Yuji C. Sasaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: - Issue: 1 Pages: 6246-6246
  • DOI: 10.1038/s41598-019-42650-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural instability of lamin A tail domain modulates its assembly and higher order function in Emery-Dreifuss muscular dystrophy (2019)
  • Author(s): Muneyo Mio, Toshihiko Sugiki, Chie Matsuda, Hiroaki Mitsuhashi, Chojiro Kojima, Siu Yuen Chan, Yukiko K. Hayashi, Kazuhiro Mio
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 512 Issue: 1 Pages: 22-28
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.02.138
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diffracted X-ray blinking tracks single protein motions (2018)
  • Author(s): Sekiguchi, H., Kuramochi, M., Ikesaki, K., Okamura, Y., Yoshimura, K., Matsubara, K., Chang, J. W., Ohta, N., Kubo, T., Mio, K., Suzuki, Y., Chavas, L. M., & Sasaki, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1709-1709
  • DOI: 10.1038/s41598-018-35468-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Assembly of protein complexes restricts diffusion of Wnt3a proteins (2018)
  • Author(s): Takada, R., Mii, Y., Krayukhina, E., Maruyama, Y., Mio, K., Sasaki, Y., Shinkawa, T., Pack, C.-G., Sako, Y., Sato, C., Uchiyama, S., Takada, S.
  • Journal Title: Commun. Biol. Volume: 1 Issue: 1 Pages: 165-165
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0172-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Characterization of the multimeric structure of poly(A)-binding protein on a poly(A) tail (2018)
  • Author(s): Sawazaki Ryoichi、Imai Shunsuke、Yokogawa Mariko、Hosoda Nao、Hoshino Shin-ichi、Mio Muneyo、Mio Kazuhiro、Shimada Ichio、Osawa Masanori
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1455-1455
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19659-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lipid environment of membrane proteins in cryo-EM based structural analysis (2017)
  • Author(s): Mio Kazuhiro、Sato Chikara
  • Journal Title: Biophysical Reviews Volume: 10 Issue: 2 Pages: 307-316
  • DOI: 10.1007/s12551-017-0371-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] TRPV1 チャネルの 1 分子内回転動態の決定 (2019)
  • Author(s): 藤村 章子,三尾 和弘,倉持 昌弘,関口 博史,三尾 宗代,久保 泰,佐々木 裕次
  • Organizer: 第32回日本放射光学会年会
• [Presentation] 生きた細胞上のGPCR1分子動態計測 (2019)
  • Author(s): 石原 正輝,藤村 章子,一柳 光平,野澤 俊介,足立 伸一,深谷 亮,倉持 昌弘,三尾 和弘,佐々木 裕次
  • Organizer: 第32回日本放射光学会年会
• [Presentation] 量子プローブを用いたタンパク質内部運動計測と電子顕微鏡構造解析の融合をめざして (2019)
  • Author(s): 三尾 和弘
  • Organizer: 日本農薬学会第44回大会
  • Invited
• [Presentation] Detecting Intramolecular Dynamics of GPCRS using Diffracted X-Ray Blinking Technique (2019)
  • Author(s): 三尾 和弘,石原 正輝,藤村 章子,倉持 昌弘,佐々木 裕次
  • Organizer: 63th Annual Meeting of Biophysical Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Antagonist-Induced Clockwise Rotation in the TRPV1 (2019)
  • Author(s): 藤村 章子,三尾 和弘,倉持 昌弘,関口 博史,三尾 宗代,久保 泰,佐々木 裕次
  • Organizer: 63th Annual Meeting of Biophysical Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rotational motion of Single TRPV1 upon Gating (2018)
  • Author(s): 藤村 章子,三尾 和弘,倉持 昌弘,関口 博史,三尾 宗代,久保 泰,佐々木 裕次
  • Organizer: The 49th NIPS International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X線1分子追跡法によるTRPV1チャネル回転動態の決定 (2018)
  • Author(s): 藤村 章子,三尾 和弘,倉持 昌弘,関口 博史,三尾 宗代,久保 泰,佐々木 裕次
  • Organizer: 第41回分子生物学会
• [Presentation] 時分割X線回折ブリンキングによる生体内１分子動態の観察 (2018)
  • Author(s): 倉持 昌弘,石原 正輝,藤村 章子,戸井 基道,三尾 和弘,佐々木 裕次
  • Organizer: 41回分子生物学会
• [Presentation] Rotational Brownian Motion of TRPV1 Channel observed by Synchrotron Diffracted X-ray Tracking and Laboratory X-ray blinking analysis (2018)
  • Author(s): 三尾 和弘、倉持 昌弘、松原賢、池﨑 圭吾、関口 博史、三尾宗代、久保 泰、佐々木 裕次
  • Organizer: 62th Annual Meeting Biophysical Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel In Vivo Observations of Single Protein Motions Using Laboratory X-Ray Source (2018)
  • Author(s): 佐々木 裕次 、関口 博史、倉持 昌弘、三尾 和弘
  • Organizer: 62th Annual Meeting Biophysical Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PAMs modulate molecular dynamics of nAChR alpha 7: Direct observation by DXT and electrophysiology (2017)
  • Author(s): 久保 泰、馬場 知之、大橋 澄子、稲垣 英利、池﨑 圭吾、三尾 和弘、関口 博史、佐々木 裕次
  • Organizer: 19th IUPAB & 11th EBSA congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Asymmetric Rotational Brownian Motion on TRPV1 Cation Channel with X-ray Single Molecule Technique (2017)
  • Author(s): 三尾 和弘、関口 博史、馬場 知之、松下裕福、久保 泰、佐々木 裕次
  • Organizer: 19th IUPAB & 11th EBSA congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3D MOTION MAPS OF TRPV1 CATION CHANNEL DEPICTED BY DIFFRACTED X-RAY TRACKING METHOD (2017)
  • Author(s): 三尾 和弘、池﨑 圭吾、倉持 昌弘、関口 博史、久保 泰、佐々木 裕次
  • Organizer: 日本生物物理学会第55回年会
• [Presentation] Ｘ線1分子追跡法 (Diffracted X-ray Tracking)を用いたTRPV1のカプサイシン応答分子運動解析 (2017)
  • Author(s): 三尾 和弘、倉持 昌弘、池﨑 圭吾、関口 博史、久保 泰、佐々木 裕次
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] ポリA上のPABP多量体による翻訳調節メカニズムの解明 (2017)
  • Author(s): 沢崎 綾一、今井 駿輔、横川 真梨子、細田 直、星野 真一、三尾 宗代、三尾 和弘、嶋田 一夫、大澤 匡範
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] New X-ray single molecular observations from super-Poisson distribution using laboratory Xrays (2017)
  • Author(s): 佐々木 裕次 、池崎圭吾、三尾 和弘、関口 博史
  • Organizer: 19th IUPUB &11th EBSA congress
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ
  • URL: https://unit.aist.go.jp/operando-oil/