Construction of a novel ion channel analysis platform based on intramembrane voltage regulation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14505
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28040:Nanobioscience-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Komiya Maki 東北大学, 電気通信研究所, 特任助教 (00826274)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 人工細胞膜 / イオンチャネル / 蛍光イメージング / 膜物性

Outline of Final Research Achievements

We discovered that the introduction of a new input parameter, membrane-lateral voltage, in an artificial cell membrane system could enhance the activity of the transmembrane proteins “ion channels”, which are involved in the generation of action potential essential for maintaining living organisms. In addition, to elucidate the mechanism of how membrane-lateral voltage acts on ion channels from the viewpoint of membrane properties, we developed a new system that integrates an artificial cell membrane system and a fluorescence imaging system, and succeeded in establishing the foundation of the hybrid system. This system is promising for visualizing the effects of lateral voltage application on membrane properties in the future.

Free Research Field

生体分析化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来，イオンチャネルの機能測定においては膜貫通方向に電圧を印加することが数十年来にわたり当然とされてきたため，膜平行電圧は今まで見落とされてきた概念であり，この新たな制御因子の導入はイオンチャネル機能解析に技術的革新をもたらす可能性を秘めている．膜平行電圧を導入したイオンチャネル電流測定系を確立・汎用化させるためには，その作用原理の解明は必須となるが，本研究によって人工細胞膜蛍光イメージングシステムの基盤を確立したため，膜平行電圧印加時の膜物性への影響を調査するための土台は整った．今後，膜平行電圧の作用原理を膜物性の観点から明らかとすることで，本系の汎用化・実用化が進むと期待される．