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2022 Fiscal Year Annual Research Report

生体分子認識型ナノポアによるバイオセンサと細胞機能制御

Research Project

Project/Area Number 21K19039
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

神谷 厚輝  群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (70612315)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2023-03-31
Keywords膜タンパク質 / ナノポアタンパク質 / 一分子検出 / DNA検出
Outline of Annual Research Achievements

大腸菌の外膜に存在するouter membrane protein (Omp)は、βバレル構造を有しナノポアを形成する。また、他のタンパク質を比べ熱安定性が高いため、生体分子をセンシングするナノポアタンパク質として有望であると考える。そこで、今回は14本のβストランドから形成されるOmpGのβストランド数を増減させることで、ポアサイズの大きさの制御を行った。4本のβストランド数を増減させることで、OmpGのポア直径を変化させる戦略を取った。変異型OmpGを大腸菌にて発現・精製した。そして、円二色性スペクトルから、これらの変異型OmpGは正しいホールディングであると分かった。また、変異型OmpGのナノポアのイオン透過を人工細胞膜パッチクランプにて検討した。OmpG + 4βの電流値は、約150 pAと野生型OmpGよりも高い電流値を示した。一方、OmpG-4βの電流値は、βストランド数を減少させた部位の違いで、野生型OmpGよりも高い電流値のOmpG-4βと野生型OmpGよりも低い電流値のOmpG-4βが存在した。次に、ポア直径を概算するために、様々な分子量のポリエチレングリコールにてOmpGナノポアを閉塞させる。そして、OmpGナノポアを閉塞できる最大分子量のポリエチレングリコールを観察することで、OmpGナノポアの直径を概算した。その結果、ポアサイズが大きい順に、OmpG+4β, 野生型OmpG, OmpG-4βであった。したがって、イオン電流値の大小は、βストランド数の数だけでなく、ポア内の溶媒と接するアミノ酸の電荷の違いも重要な因子であることがわかった。
さらに、OmpG+4βと野生型OmpGのナノポアを用い、形状の異なるDNAの検出に成功した。これらの結果をまとめ、ACS Applied Nano Materialsに採択された。

  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Modified Outer Membrane Protein-G Nanopores with Expanded and Truncated β-Hairpins for Recognition of Double-Stranded DNA2022

    • Author(s)
      Tosaka Toshiyuki、Kamiya Koki
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 5 Pages: 6149~6158

    • DOI

      10.1021/acsanm.1c04417

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ポアサイズ変化させた改変型βバレルナノポアタンパクのリポソームへの再構成法の検討2023

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] DETECTION OF Y-SHAPED DNA USING MUTANT NANOPORE PROTEIN BY A PATCH CLAMP METHOD OF THE ARTIFICIAL LIPID BILAYER2022

    • Author(s)
      Toshiyuki Tosaka, Koki Kamiya
    • Organizer
      The 26th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生体分子の再構成による人工細胞膜の機能化2022

    • Author(s)
      神谷厚輝
    • Organizer
      立命館大学「生体膜・脂質研究の最前線」シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] ポアサイズが異なる改変型βバレルナノポアタンパク質を用いた様々な形状のDNA検出2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第43回研究会(CHEMINAS 43)
  • [Presentation] 様々な形状のDNA検出のためのβストランド数変化した改変型βバレルナノポアタンパク質の構築2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      第60回生物物理学会年会
  • [Presentation] ポアサイズを改変させたβバレルナノポアタンパク質による物質輸送2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      細胞を創る研究会 15.0
  • [Presentation] 改変型ナノポアタンパク質のポアサイズ変換と様々な形状のDNA検出2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      日本化学会秋季事業 第12回 CSJ化学フェスタ2022
  • [Presentation] 改変型Outer membrane protein Gの物質輸送の検討2022

    • Author(s)
      登坂俊行、神谷厚輝
    • Organizer
      第8回サイボウニクス研究会
  • [Remarks] 群馬大学 大学院理工学府 分子科学部門 神谷研究室

    • URL

      http://kamiya.chem-bio.st.gunma-u.ac.jp/index2.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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