Elucidation of working principles of phospholipid transport proteins by single molecule analysis

• Project Area: Quality of lipids in biological systems
• Project/Area Number: 18H04667
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research (2019); The University of Tokyo (2018)
• Principal Investigator: 渡邉 力也 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (30540108)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000); Fiscal Year 2019: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2018: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: 1分子生物物理 / 膜タンパク質 / 脂質輸送 / MEMS / 脂質輸送体 / bioMEMS

Outline of Annual Research Achievements

細胞や細胞小器官を外界と仕切る生体膜は、リン脂質の2重層から構成されているが、その脂質組成は均一ではなく、内層と外層で大きく異なること(非対称性)が知られている。細胞内では、脂質組成の非対称性によりアポトーシスなどの様々な生理機能が制御されているため、非対称性の維持および崩壊のメカニズムの解明は、学術・産業の両面において急務とされている。この脂質組成の非対称性の制御には脂質輸送体が深く関わっている。近年、脂質輸送体の解析から、非対称性の制御機構の解明を目指す研究が盛んに行われているが、輸送機能を単分子レベルで高感度に解析することは困難であり、依然として不明な点が多い。そこで、私たちがこれまで自主開発してきた「生体膜マイクロチップ」および「タンパク質の1分子計測技術 」を総動員・発展させ、脂質輸送体の“輸送”に関する1分子生物物理計測を世界に先駆けて実現した。そして、網羅的な1分子解析を通じて、脂質輸送体の1種であるTMEM16Fの作動機構に関する新しい知見を獲得することができた。更に、本年度は、当該技術を他の脂質輸送体の解析へ適応することにも成功しており、今後、当該研究分野の発展に寄与するものと期待している。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Microsystem for the single molecule analysis of membrane transport proteins. (2020)
  • Author(s): Rikiya Watanabe
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta Gen Subj Volume: 19 Issue: 2 Pages: 30072-30078
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2019.03.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-throughput single-molecule bioassay using micro-reactor arrays with a concentration gradient of target molecules (2018)
  • Author(s): Watanabe Rikiya、Komatsu Toru、Sakamoto Shingo、Urano Yasuteru、Noji Hiroyuki
  • Journal Title: Lab on a Chip Volume: 18 Issue: 18 Pages: 2849-2853
  • DOI: 10.1039/c8lc00535d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Single-molecule analysis of phospholipid scrambling by TMEM16F. (2018)
  • Author(s): Watanabe, R., Sakuragi, T., Noji,H. and Nagata, S.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 115 Issue: 12 Pages: 3066-3071
  • DOI: 10.1073/pnas.1717956115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Single-Molecule Analysis of Membrane Transporter Activity by Means of a Microsystem (2017)
  • Author(s): Watanabe Rikiya、Soga Naoki、Ohdate Shin-ya、Noji Hiroyuki
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Bacterial Multidrug Exporters Volume: 1700 Pages: 321-330
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7454-2_17
  • ISBN: 9781493974528, 9781493974542
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Microsystems for single molecule analysis of membrane proteins (2019)
  • Author(s): Rikiya Watanabe
  • Organizer: 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Microsystems for single molecule analysis of membrane proteins (2019)
  • Author(s): Rikiya Watanabe
  • Organizer: 32nd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Microsystems for single molecule analysis of membrane proteins (2019)
  • Author(s): Rikiya Watanabe
  • Organizer: 17th Chinese Biophysics Congress “China-Japan Joint Minisymposium on Single-Molecule Biophysics
  • Int'l Joint Research / Invited