Development and Application of Fundamental Experimental Techniques for Elucidating the Relationship between Cell Membrane Tension and Membrane Protein Function

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H03219
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: Iwamoto Masayuki 福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (40452122)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 生体膜 / チャネル / 張力 / 電気生理 / 蛍光

Outline of Final Research Achievements

To elucidate the effect of membrane tension on membrane protein function, we established a basic system for membrane tension experiments based on our original lipid bilayer experimental method (CBB method). Using this system, we investigated the membrane tension dependence of the representative membrane protein, the potassium ion channel KcsA, at the single-molecule level. We were able to gain new insights into the structural changes that occur when the KcsA channel opens in response to tension and to identify the tension-sensing sites within the KcsA molecule.

Free Research Field

脂質2重膜を使ったチャネルタンパク質の機能解析

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

膜タンパク質は細胞の物質輸送や情報伝達の中心的な役割を果たす重要な分子である。従来、膜タンパク質の機能を制御する因子として、膜電位や化学修飾、信号分子の結合などが一般的に考えられてきた。私たちの研究により、代表的な膜タンパク質において、これまで明らかになっていなかった張力依存性とその仕組みが解明されたことで、膜張力という新たな制御因子が加わった。また、膜張力を考慮に入れて医薬品の膜タンパク質に対する作用機序を再評価することで、より精度の高い医薬品設計が可能になる。