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Analysis of weak interactions by detection of local pH near the cell membrane

Publicly Offered Research

Project AreaBiophysical Chemistry for Material Symbiosis
Project/Area Number 21H05532
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

森本 雄祐  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (50631777)

Project Period (FY) 2021-09-10 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords細胞膜 / 相互作用 / 細胞内pH
Outline of Research at the Start

生細胞内における膜近傍の環境がどのような状態にあるのかを1細胞局所レベルで計測できる手法はほとんど存在しない。膜タンパク質の基質との弱い相互作用機構を正確に知るためには、膜タンパク質が細胞膜近傍においてどのようなイオン環境に存在しているかを知る必要がある。そこで本研究課題では、細胞機能に必須の構成要素である膜タンパク質が存在する局所的な環境を正確に把握するために、細胞膜近傍の局所的な細胞内pHを計測可能な技術を確立させる。

Outline of Annual Research Achievements

細胞内はさまざまなイオンやタンパク質が混在していることから、タンパク質相互作用へのイオンの影響を調べる手段としては、生体外の実験系が有力な手法として主に用いられているのが現状である。また、膜タンパク質の基質との弱い相互作用機構を正確に知るためには、膜タンパク質が細胞膜近傍においてどのようなイオン環境に存在しているかを知る必要がある。しかし、生細胞内における膜近傍の環境がどのような状態にあるのかを1細胞局所レベルで計測できる手法はほとんど存在しない。そこで本研究課題では、細胞機能に必須の構成要素である膜タンパク質が存在する局所的な環境を正確に把握するために、細胞膜近傍の局所的なイオン濃度、特に細胞内pHを1細胞局所で計測可能なナノpHメーター技術の確立を進めた。これまでの結果から、pHプローブタンパク質を様々な膜タンパク質と結合させてバクテリアの細胞質膜に局在させたとき、膜貫通領域とpHプローブの間に挟まれるドメインサイズの見積もりにより、細胞膜直下では細胞質全体よりもpHが0.2ユニットほど高く、細胞膜から細胞の中心部に向かうほど徐々に細胞質全体の値に近づくpH勾配が形成されていることが示唆された。バクテリア内での計測精度を高めるとともに、これまでに確立した計測系が、真核細胞においても機能するかの検証を進めている。さらに、高イオン濃度条件で生育、発生が可能な真核細胞株の単離により、幅広いイオン濃度での生細胞計測が可能となった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Measurements of the Ion Channel Activity of the Transmembrane Stator Complex in the Bacterial Flagellar Motor2023

    • Author(s)
      Morimoto Yusuke V.、Minamino Tohru
    • Journal Title

      Methods in molecular biology

      Volume: 2646 Pages: 83-94

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-3060-0_8

    • ISBN
      9781071630594, 9781071630600
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Light dependent synthesis of a nucleotide second messenger controls the motility of a spirochete bacterium2022

    • Author(s)
      Xu Jun、Koizumi Nobuo、Morimoto Yusuke V.、Ozuru Ryo、Masuzawa Toshiyuki、Nakamura Shuichi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 6825-6825

    • DOI

      10.1038/s41598-022-10556-7

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Calcium responses to external mechanical stimuli in the multicellular stage of Dictyostelium discoideum2022

    • Author(s)
      Hashimura Hidenori、Morimoto Yusuke V.、Hirayama Yusei、Ueda Masahiro
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 12428-12428

    • DOI

      10.1038/s41598-022-16774-3

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Activation mechanism of the bacterial flagellar dual-fuel protein export engine2022

    • Author(s)
      Minamino Tohru、Kinoshita Miki、Morimoto Yusuke V.、Namba Keiichi
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 19 Issue: 0 Pages: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v19.0046

    • ISSN
      2189-4779
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Measurement of proton motive force utilized by bacteria in the single cell2023

    • Author(s)
      Morimoto Yusuke
    • Organizer
      1st Material Symbiosis International Symposium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] バクテリアの膜電位揺らぎの解析手法の開発2022

    • Author(s)
      竹森 健太, 森本 雄祐
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] バクテリアの膜電位揺らぎ解析手法の開発2022

    • Author(s)
      竹森 健太, 森本 雄祐
    • Organizer
      第64回 日本顕微鏡学会 九州支部集会・学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] シグナル伝達機構解明のための巨大化細胞の利用2022

    • Author(s)
      林田幸久,森本雄祐
    • Organizer
      2022年生体運動研究合同班会議
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] バクテリアべん毛関連タンパク質の光操作ツールへの応用2022

    • Author(s)
      森本雄祐
    • Organizer
      2021年度べん毛研究交流会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞性粘菌における細胞内c-di-GMPシグナルの解析2021

    • Author(s)
      井手捷人, 森本雄祐
    • Organizer
      日本細胞性粘菌学会第11回例会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞性粘菌の飢餓状態におけるレチナールの作用2021

    • Author(s)
      秋山一樹, 森本雄祐
    • Organizer
      日本細胞性粘菌学会第11回例会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] サルモネラのべん毛運動と走化性2021

    • Author(s)
      森本雄祐
    • Organizer
      第59回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2021-10-22   Modified: 2023-12-25  

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