2017 Fiscal Year Annual Research Report
Studies in structural physiology of channels
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15H05775
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
藤吉 好則 名古屋大学, 細胞生理学研究センター, 寄附研究部門教授 (80142298)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大嶋 篤典 名古屋大学, 細胞生理学研究センター, 教授 (80456847)
谷 一寿 名古屋大学, 細胞生理学研究センター, 特任教授 (20541204)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | クライオ電子顕微鏡 / 構造生理学 / チャネル / 膜タンパク質 / 単粒子解析 / 結晶学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
6種類のチャネルに関係する研究課題を総合的に推進しており、構造生理学と命名している研究分野が研究計画に従って進捗している。しかも、挑戦的な方法論とそのための装置の開発にも成功した。具体的には、イオンの濃度勾配を形成することでチャネルの機能に深く関わるP type ATPaseの機構を理解するためにH+,K+-ATPaseの高分解能の構造解析に成功しNature誌に発表した（Nature, 556, 214-218 (2018): 課題v）。H+,K+-ATPaseなどが形成するプロトンの濃度勾配があっても、プロトンは透過しないで速い水透過機能を有し、脳浮腫などに関わる水チャネルAQP4とその阻害剤複合体の構造を解析した（課題iii）。水チャネルが透過させないイオンを透過し、膜電位などを制御する電位感受性Na+チャネルの構造解析によってgating機構の一端を明らかにした（課題iv）。リガンド結合によるイオンチャネルのgating機構を理解するためにアセチルコリン受容体の構造解析に挑戦しており、膜内で膜タンパク質の構造解析ができるIBSA法の開発とそのための低温電子顕微鏡装置の開発を本基盤Sとは異なる予算で開発を進めて、IBSA法を可能にするクライオ電顕の開発に成功した（課題ii）。トランスセルラーチャネルであるギャップ結合チャネル（課題i）と、パラセルラーチャネルであるタイト結合チャネル（課題vi）の構造・機能研究を進めることで、チャネル機能と細胞の接着機能の両方を備えるマルチファンクショナルなチャネルの構造解析を、単粒子解析法と結晶学による構造解析法を用いて進めており、構造生理学的理解を深める成果を得ている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
6種類のチャネルに関係する研究課題を総合的に推進しているが、6課題すべてにおいて計画に従った成果が得られている。特に、P type ATPaseの機構を理解する目的で高分解能の構造解析を目指していたH+,K+-ATPaseについて、はじめて高分解能の構造解析に成功し、このプロトンポンプが100万倍という高いプロトンの濃度勾配を作り出すことができる分子機構を解明し、胃薬との複合体の構造を解析することに成功した。これらの結果は、Nature誌に発表した（Nature, 556, 214-218 (2018)。また、チャネルなどの膜タンパク質の構造を生理的条件に近い状態で構造解析できるIBSA法と命名した構造解析を実現するために必要なクライオ電子顕微鏡を、別予算も活用して開発することに成功した。さらに、独自に開発していた極低温電子顕微鏡を活用することによって、ギャップ結合チャネルなどのチャネルの構造解析を順調に進めている。これらの代表例ののように、構造生理学と命名している研究分野での研究課題が順調に進捗しているのみならず、挑戦的な方法論とそのための装置の開発にも成功しているので、研究は計画以上に進展していると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析法の発展によって、本基盤Sで予定した研究課題は計画以上の進展が期待されている。それゆえ、当初から掲げた6種類のチャネルの構造と機能解析の課題を、引き続き総合的に進める予定である。このようにして、構造生物学的視点でチャネルの生理学を理解する、「構造生理学」と自ら命名した分野をさらに発展させるように、今後とも努力する予定である。
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Research Products
(15 results)
