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エックス線1分子計測によるイオンチャネル開閉ダイナミクスの解析

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Science for Supra Functional Systems ? Development of Advanced Methods for Exploring Elementary Process
Project/Area Number 22018007
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionUniversity of Fukui

Principal Investigator

清水 啓史  福井大学, 医学部, 講師 (50324158)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000)
Fiscal Year 2011: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2010: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywords生理学 / 生体分子 / 生物物理学 / 放射線 / 蛋白質 / 1分子計測(SMD)
Research Abstract

本年度初めまで、フランスESRFに滞在し、エックス線1分子計測法を用いてイオンチャネルの構造変化を5000frames/sの高速度で計測し観測データを蓄積した。データの解析には観測プローブである金結晶からの回折点を画像から抽出し、その運動を追跡するプログラムが必要である。帰国後、慶応大学 青木准教授、レンヌ大学 Guerin,L.博士と3年にわたって開発に努めてきたデータ解析プログラムの開発を申請者自身が担当した。
観測データ解析プログラムの開発は下記の点が困難なポイントであった。
1.画像枚数が1データ2万枚程度と多いこと、またデータの総量が多いこと。
2.観測画像から輝点を抽出するのに通常の解析アルゴリズムではエラーが多く使用できないこと。
3.背景画像の変化、輝点の性質の変化があり、運動の自動追跡が困難なこと。
申請者は新たな輝点抽出アルゴリズムを開発し、抽出エラーを最小限にとどめることに成功した。
また、抽出エラー、輝点の追跡エラーを修正するプログラムを開発し、初期解析でエラーがあってもそれを補うことができる解析システムの構築に成功した。さらに追跡結果が妥当かどうかの検証プログラムの開発も行い、妥当性の検証が可能になった。また、並列化できる処理は並列化することで、計算機の性能を最大限利用して、大量の画像の効率的な処理が行えるようになった。
以上の開発により、すべてのデータセットに関して初期データ解析を行い、成果をアメリカ生物物理学会で発表した。発表はインパクトが高い発表であるとして、口頭発表課題に選出された。
領域内の8つの共同研究も順調に推移し、2つの課題については論文投稿に至っている。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2012 2011 2010 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (12 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Single Molecular Gating Dynamics for the KcsA Potassium Channel2011

    • Author(s)
      Shigetoshi Oiki, Hirofumi Shimizu, Masavuki Iwamoto, Takashi Konno
    • Journal Title

      Advances in Chemical Physics

      Volume: 146 Pages: 147-194

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Journal Article] A cytotoxic peptide from a marine sponge exhibits ion channel activity through vectorial-insertion into the membrane.2010

    • Author(s)
      Iwamoto M, Shimizu H, Muramatsu I, Oiki S.
    • Journal Title

      FEBS Letter

      Volume: 584(18) Pages: 3995-3999

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single Molecular Gating Dynamics for the KcsA Potassium Channel.

    • Author(s)
      Shigetoshi Oiki, Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Takashi Konno
    • Journal Title

      Advances in Chemical Physics

      Volume: 146(In press)

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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of a diffracted X-ray tracking method fo「measuring gating transitions of the KcsA potassium channels in a sub-millisecond time resolution2012

    • Author(s)
      Shimizu H., Iwamoto M., Konno T., Royant A., Stetten V.D., Guerin L., Wvilff M., Oiki S.
    • Organizer
      The 89th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
    • Place of Presentation
      Matsumoto, Japan
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Laser-Triggered Single Molecular Gating Motions of the KcsA Potassium Channels Recorded in a Sub-Millisecond Time Resolution2012

    • Author(s)
      Shimizu H., Iwamoto M., Konno T., Royant A., Stetten V.D., Guerin L., Wulff M., Oiki S.
    • Organizer
      56th Annual Meeting of Biophysical Society
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] サブミリ秒時間スケールでのイオンチャネル構造変化の光トリガーX線i分子計測2012

    • Author(s)
      清水啓史
    • Organizer
      特定領域「高次系分子科学」第15回ミニ公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      大阪大学(招待講演)
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    • Author(s)
      清水啓史
    • Organizer
      新学術領域研究「過渡的複合体」公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-21
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  • [Presentation] Recordings of Gating Motions of the KcsA Potassium Channels in a Single Molecule Level'2011

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      Hirofumi Shimizu
    • Organizer
      "New Developments in Time-Resolved Studies with Synchrotron Radiation" Structural Dynamics Workshop of the ESRF Users' Meeting
    • Place of Presentation
      Grenoble, France
    • Year and Date
      2011-02-11
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  • [Presentation] X線1分子計測法によるカリウムイオンチャネルの1分子ダイナミクスの計測2011

    • Author(s)
      清水啓史、岩本真幸、今野卓、Antoine Royant, David Von Stetten, Laurent Guerin, Michael Wulff, 老木成稔
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会「膜蛋白質の構造変化を研究するための新しい実験ツール」シンポジウム
    • Place of Presentation
      兵庫(招待講演)
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of the Single-molecular Gating Motions of Ion Channels with Diffracted X-ray Tracking Method2011

    • Author(s)
      Hirofumi Shimizu
    • Organizer
      特定領域「高次系分子科学」第5回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      札幌(招待講演)
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  • [Presentation] イオンチャネル開閉構造変化の光トリガーX線1分子計測システムの開発2011

    • Author(s)
      清水啓史, 岩本真幸, 今野卓, Royant A., Stetten V.D., Guerin L., Wulff M., 老木成稔
    • Organizer
      第58回中部生理学会
    • Place of Presentation
      福井
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  • [Presentation] Gating Motions of KcsA Potassium Channel Measured in a Single Molecule by Diffracted X-ray Tracking Method2010

    • Author(s)
      Hirofumi Shimizu
    • Organizer
      Seminaires at Institute of Physics in University of Rennes 1
    • Place of Presentation
      Rennes, France
    • Year and Date
      2010-12-14
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  • [Presentation] Gating motions of KcsA potassium channel detected in a single molecule2010

    • Author(s)
      Hirofumi Shimizu
    • Organizer
      Seminars in Institut de Biologie Structurale
    • Place of Presentation
      Grenoble, France
    • Year and Date
      2010-09-23
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  • [Presentation] Conformational changes of KcsA potassium channel during gating detected in a single molecule2010

    • Author(s)
      Hirofumi Shimizu
    • Organizer
      Scientific Highlights of Soft Matter Science Day (European Synchrotron Radiation Facility)
    • Place of Presentation
      Sassenage, France
    • Year and Date
      2010-09-15
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Global Twisting Motions of KcsA Potasium Channels upon Gating2010

    • Author(s)
      Hirofumi Shimizu
    • Organizer
      Seminar in PSB Carl-Ivar Branden building
    • Place of Presentation
      Grenoble, France
    • Year and Date
      2010-07-17
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://seiri1.labos.ac/ja

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      2011 Annual Research Report

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Published: 2010-08-23   Modified: 2018-03-28  

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