Development of the artificial cell membrane via bottom-up of the channel-membrane reconstitution system

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22382
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: Oiki Shigetoshi 福井大学, 高エネルギー医学研究センター, 特命教授 (10185176)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩本 真幸 福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (40452122)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: イオンチャネル / 脂質2重膜 / 再構成膜 / 膜張力 / 膜脂質 / contact bubble bilayer

Outline of Final Research Achievements

Biological membranes are complex systems but can be characterized as fluidic and mosaic features. Membrane proteins are influenced by fluidic lipid bilayer such that bilayer tension modulates the activity of membrane proteins. We have established a simple membrane reconstitution system consisting of the lipid bilayer and ion channels (the Contact Bubble Bilayer method). In this method, membrane physical properties, such as membrane tension and thickness, are readily applied and measured with physical principles. With this system, the dynamic behavior of ion channels upon changes in the bilayer tension was studied, and tension-dependent channel activity was quantitatively evaluated.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

昨年のノーベル医学生理学賞が機械受容チャネルに対してであったように、最近、膜の力学的刺激に応答するチャネルの研究が広く行われている。構造生物学などの進歩により複雑なチャネル構造が明らかになりつつある一方、機能測定に関しては方法的限界が広く知られているにもかかわらずパッチクランプ法が未だ主な方法となっている。私達が開発したContact Bubble Bilayer法は膜張力などの定量的測定が可能であるので、パッチクランプ法に代わって広く使われることが期待される。実際、世界の数か所の研究室が導入し成果が出始めている。