2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ultrasonic and magnetic field-sensitive receiver molecules and their application to muscle tissue formation promotion technology
| Project Area | Next-generation non-invasive biological deep-tissue manipulation by biomolecular engineering and low physical energy logistics |
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| Project/Area Number |
20H05758
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
井上 圭一 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90467001)
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| Project Period (FY) |
2020-10-02 – 2023-03-31
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| Keywords | 深部生体操作 / 光熱変換 / 超音波 / 磁場 / 低物理エネルギーロジスティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計画では、超音波や磁場に高感度で応答し、イオン輸送を行う新規レシーバ分子を開発し、さらにそれによってイオンチャネルを駆動することで、低物理エネルギーを生理機能に変換するシステムを構築する。そして最終的にそれらを用いた筋細胞の分化誘発の達成を目指す。2022年度はこのうち磁場操作ため、細胞内でのPIEZO1チャネルとFerritinの融合を試みた。そしてPIEZO1-NCOA4-GFPとmCherry-Ferritinを細胞内に共発現させたところ、形質膜上に高い共局在性を示した。またPIEZO1-NCOA4-GFP改変体においても、機械刺激応答性を保持していることがパッチクランプ計測によって確認された。これらのコンストラクトを発現させた細胞に対して20 mT以上の磁場を印加しながら、Fura2色素を用いたCa2+イメージングを行ったところ、Ca2+の上昇を示すシグナルが得られた。さらに500kHzの高周波磁場を細胞に印加することで、より大きなCa2+シグナルの発生が観測された。これにより、これまで不確定な部分が多かった磁場刺激法の新たな方針を得ることができた。
またmCherry-Ferritinの安定性を向上させるため、複数のコンストラクトの熱安定性を比較したところ、70℃においても変性しないコンストラクトを得ることに成功した。また精製タンパク質試料に対して磁場を印加したところ、磁場応答性が観測され、当該コンストラクトのFerritin中に磁性を持つ酸化鉄ナノ粒子が含まれていることを確認した。
その他A01班－A02班間共同研究として、光熱変換用タンパク質を発現させた細胞に対して電気生理学実験（パッチクランプ計測）を行い、光照射に伴うイオン輸送についても調べ、細胞温度の設定など実験条件に関する新たな知見を得た。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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[Journal Article] Phototrophy by Antenna-Containing Rhodopsin Pumps in Aquatic Environments2023
Author(s)
Chazan, Das, Fujiwara, Murakoshi, Rozenberg, Molina-Marquez, Sano, Tanaka, Gomez-Villegas, Larom, Pushkarev, Malakar, Hasegawa, Tsukamoto, Ishizuka, Konno, Nagata, Mizuno, Katayama, Abe-Yoshizumi, Ruhman, Inoue, Kandori, Leon, Shihoya, Yoshizawa, Sheves, Nureki, Beja
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Journal Title
Nature
Volume: 615
Pages: 535-540
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Characterization of Retinal Chromophore and Protonated Schiff Base in Thermoplasmatales Archaeon Heliorhodopsin Using Solid-State NMR Spectroscopy2023
Author(s)
Shibuki Suzuki, Sari Kumagai, Toshio Nagashima, Toshio Yamazaki, Takashi Okitsu, Akimori Wada, Akira Naito, Kota Katayama, Keiichi Inoue, Hideki Kandori, Izuru Kawamura
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Journal Title
Biophysical Chemistry
Volume: 296
Pages: 106991
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Rhodopsin-bestrophin Fusion Proteins from Unicellular Algae form Gigantic Pentameric Ion Channels2022
Author(s)
Rozenberg, Kaczmarczyk, Matzov, Vierock, Nagata, Sugiura, Katayama, Kawasaki, Konno, Nagasaka, Aoyama, Das, Pahima, Church, Adam, Borin, Chazan, Augustin, Wietek, Dine, Peleg, Kawanabe, Fujiwara, Yizhar, Sheves, Schapiro, Furutani, Kandori, Inoue, Hegemann, Beja, Shalev-Benami
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Journal Title
Nature Structural & Molecular Biology
Volume: 29
Pages: 592-603
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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