2022 Fiscal Year Research-status Report
Lateral biasに基づく革新的膜タンパク質機能解析場の構築
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20K20550
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
平野 愛弓 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (80339241)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
但木 大介 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (30794226)
馬 騰 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (10734543) [Withdrawn]
山本 英明 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10552036)
小宮 麻希 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (00826274)
火原 彰秀 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312995)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 膜タンパク質機能解析 / 脂質二分子膜 / Lateral bias / 微細加工技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々はこれまで，電位依存性Naチャネルが示す膜貫通電流やフラーレン誘導体(PCBM)含有膜が示す膜貫通方向の光誘起電流が，Lateral biasの印加によって，ともに増大する現象を報告してきた（Faraday Discuss., 2022; Membranes, 2022）．1940年代の電圧固定法の発明以来，イオンチャネル等の膜タンパク質の機能評価は，膜貫通方向の電圧印加による開孔確率の制御に基づいてきたが，そこにLateral biasが導入されることにより，パッチクランプ法のみに頼ってきた膜タンパク質の機能評価の現場に新機軸が生まれる可能性がある．しかし，Lateral biasの印加から膜貫通電流の増大に至るメカニズムは不明であり，その展開の障壁となっていた．2022年度は，前年度に立ち上げた脂質二分子膜の蛍光イメージング観測系を用いて，種々の膜物性に対するLateral biasの作用の定量的評価を進め，そのメカニズムの概要を明らかにした（投稿準備中）．その過程において，Lateral biasを印加するための電極材料として用いていたチタン（Ti）がTiO2へと酸化しやすく，電圧印加に伴って接触抵抗が増大してしまうという課題も判明したため，酸化しにくい金属材料を用いた電極プロセスについても検討し，電極の長寿命化を試みた．また，Lateral biasによって誘起されたチャネル電流の解析法として，ユーザー入力不要の適応的解析アルゴリズムを開発し，新規な自動解析手法として提案した（投稿中）．一方，イオンチャネルは神経信号伝達におけるキープレイヤーでもあるため，本研究では，神経細胞膜中のイオンチャネルに対する新しい刺激電極(J. Nanotechnol., 2022)や記録法の開発(Front. Neurosci., 2023)についても検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の主テーマであるLateral biasという新概念について，Lateral biasを印加可能な膜系の構築と，膜貫通電流を増強する効果について報告している．さらに，Lateral biasのメカニズム解明について，昨年度に構築した脂質二分子膜－蛍光観察系を用いて，蛍光プローブ分子に基づく解析を進めており，そのメカニズムを解明しつつある（論文執筆中）．また，派生研究として，神経細胞膜中のイオンチャネルに対する新しい刺激法や記録法の開発についても論文として公表しており，当初の予定通り，概ね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に引き続き，Lateralbiasの脂質二分子膜系および細胞膜系への作用メカニズムの解明に向けての検討を進めると同時に，その生理学的意義付けや新規計測法としての展開可能性についても検討する．また，最終年度として，これまで得られた結果（PCBM系，イオンチャネル系，Lateral biasの作用機構）について総括する．
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| Causes of Carryover |
Lateral bias印加用の電極内蔵型チップの作製に使用していた電子ビーム蒸着装置が再び故障し，本装置を数ケ月間使用できなかったため，プロセス関連の消耗品使用量が削減されたことが，次年度使用額が生じた第一の理由である．また，オンライン開催される学会が増えて，旅費を大幅に削減できたことも繰越額の増大につながった．来年度は電極内蔵型支持体の作製プロセスに用いている別の装置（スパッタ）のメンテナンス（修理および部品交換）に300-400万円程度かかることが予想されている．また，最終年度は実験量の増大も予想されるため，2022年度に生じた次年度使用額を有効活用して，消耗品費の増大（400万円程度）やメンテナンス費用に充当する予定である．
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[Journal Article] Filtration-processed biomass nanofiber electrodes for flexible bioelectronics2022
Author(s)
Daiki Ando, Tetsuhiko F. Teshima, Francisco Zurita, Hu Peng, Kota Ogura, Kenji Kondo, Lennart Weiss, Ayumi Hirano-Iwata, Markus Becherer, Joe Alexander, and Bernhard Wolfrum
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Journal Title
Journal of Nanobiotechnology
Volume: 20
Pages: 491-1-13
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] 膜平行電圧制御を導入した人工細胞膜系の構築2022
Author(s)
小宮麻希, 佐藤まどか, 鹿又健作, 陰山弘典, 馬騰, 但木大介, 山本英明, 戸澤譲, 廣瀬文彦, 庭野道夫, 平野愛弓
Organizer
第3回生体膜デザインコンファレンス
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