Improvement of planar bilayer lipid membrane system for ion channels activity recordings using cell-free synthesized ion channel protein array.

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05709
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: TAKEDA HIROYUKI 愛媛大学, プロテオサイエンスセンター, 准教授 (40609393)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: チャネル / 無細胞タンパク質合成 / 膜タンパク質 / 脂質平面膜 / 複合体

Outline of Final Research Achievements

In this study, we attempted to synthesize 250 human channel proteins using cell-free membrane protein synthesis technology and succeeded in synthesizing 238 channels, including channels with large molecular weights exceeding 200 kDa and complex structures. Forty-seven voltage-gated potassium channels were analyzed using the lipid planar membrane method, and approximately 80% of them were shown to open upon voltage change. Furthermore, we showed that heteromeric channel complex was formed on liposomes. These results indicate that cell-free protein synthesis technology can be used to synthesize a variety of channel proteins, and help overcome limitations of sample preparation for channel studies.

Free Research Field

タンパク質工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では無細胞膜タンパク質合成技術を利用して、大規模かつ多様なヒトチャネルタンパク質の試験管内合成に成功した。本研究により、ヒトチャネルタンパク質を効率よく、大規模に合成し、その電気生理学的特性を直接評価できる新たな手法が示された。この技術は、新しいチャネルタンパク質の機能解析や薬物評価、さらにはチャネルを利用したバイオセンサーなどの開発に寄与する可能性がある。また本研究では非常に巨大なチャネルやヘテロチャネル複合体も無細胞合成できることを実証した。これにより、これまでは発現や解析が困難であった多種多様なチャネルの機能解析や医療分野における応用可能性が広がった。