フェムトアンペアレベルの単一チャネルノイズ解析のための統合的方法論の確立

• 研究課題/領域番号: 17590184
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 老木 成稔 福井大学, 医学部, 教授 (10185176)
• 研究分担者: 清水 啓史 福井大学, 医学部, 助手 (50324158) ; 久野 みゆき 大阪市立大学, 医学部, 助教授 (00145773)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2006年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2005年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
• キーワード: パッチクランプ / 非定常ノイズ解析 / 分散-平均法 / パワースペクトル / 電位依存性H+チャネル / 電位依存性H^+チャネル / 定常ノイズ解析 / 全細胞記録

研究概要

ノイズ解析は電気生理学できわめて重要な手法だが、その適用に当たって様々な物理的・数学的概念を駆使するために、一般的に使えるような汎用性を持っているとはいいがたい。標準的な方法を確立し、プログラムをパッケージ化することにより、その適用性が大きく広がるであろう。実験・解析システムの確立のために、単一チャネル電流が極めて低い(数fA)ことが示唆されてきた電位依存性プロトンチャネルで実験を行った。パワースペクトルと非定常ノイズ解析のための実験を全細胞電流記録法で行った。培養microglia細胞を全細胞パッチクランプし、脱分極刺激を数10回繰り返しかけた。電位依存性プロトンチャネルの活性化が遅いので、電流トレースができるだけ一致するように脱分極パルスの間隔を十分大きく設定した。バイナリデータからのデータ抽出、FFTなどすべての解析とそのアルゴリズム開発のためにMathematica (Wolfram)でプログラムを書いた。定常ノイズ解析のためにはゆらぎ成分を抽出する必要がある。そのための効率的な手法を比較検討した。従来から使われてきた隣接トレースの差分をノイズ成分とする手法は期待する結果を与えにくいことが明らかになった。ゆらぎ成分のパワースペクトルを計算し、複数のローレンツ成分を捉えた。非定常ノイズ解析のために、パワースペクトル密度分布から周波数帯域を5kHzに設定した。得られたアンサンブル電流の経時変化を最小化するために、グループ分けしたトレースの全時間経過の中で、基準値を超える電流値を示すトレースは集合平均から除外した。この操作がきわめて重要であることが明らかになった。バックグラウンドノイズを除去し、放物線フィットから単一チャネル電流値、チャネル数、最大開確率を得た。脱分極電位など異なる条件下でこの実験を繰り返し、得られた電流値やチャネル数の系統性から推定値の信頼性を評価した。数10fAの単一チャネル電流値を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Cooperative action of polyanionic and hydrophobic cofactors in fibrillation of human islet amyloid polypeptide. (2007)
  • 著者名/発表者名: Konnno, T, Oiki, S., Morii, T.
  • 雑誌名: FEBS lett. 581 ページ: 1635-1638
• [雑誌論文] Surface structure and its dynamic rearrangements of the KcsA Potassium channel upon gating and tetrabutylammonium blocking. (2006)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto, M., H.Shimizu, F.Inoue, T.Konno, Y.C.Sasaki, S.Oiki
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 28379-28386
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Noise Analysis of Si-Based Planer Type Ion-channel Biosensors. (2006)
  • 著者名/発表者名: Uno, H., Z.-L.Zhang, K.Suzui, R.Tero, S.Nakao, S.Seki, S.Tagawa, S.Oiki, T.Urisu
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 45
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] pH dependence and inhibition by extracellular calcium of proton currents via plasmalemmal vacuolar-type H^+-ATPase in murine osteoclasts. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakai, H., J.Kawawaki, Y.Moriura, H.Mori, H.Morihata, M.Kuno
  • 雑誌名: J. Physiol. 576 ページ: 417-425
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] pH dependence and inhibition by extracellular calcium of proton currents via plasmalemmal vacuolar-type HtATPase in murine osteoclasts. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakai, H., J.Kawawaki, Y.Moriura, H.Mori, H.Morihata, M.Kuno
  • 雑誌名: J. Physiol. 576 ページ: 417-425
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Surface structure and its dynamic rearrangements of the KcsA Potassium channel upon gating and retrabutylammonium blocking. (2006)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto, H, Shimizu, F, Inoue, T, Konno, Y, C. Sasaki, S. Oiki
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 28379-28386
• [雑誌論文] Noise Analysis of Si-Based Planer Type Ion-channel Biosensors. (2006)
  • 著者名/発表者名: Uno, H., Zhang, Z.-L., Suzui, K., Tero, R., Nakao S., Seki S., Tagawa S., Oiki, S., Urisu, T.
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 45
• [雑誌論文] pH dependence and inhibition by extracellular calcium of proton currents via plasmalemmal vacuolar-type H+-ATPase in murine osteoclasts. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakai H, Kawawaki J, Moriura Y, Mori H, Morihata H, Kuno M
  • 雑誌名: J Physiol. 576 ページ: 417-425
• [雑誌論文] Covalent blocking of fibril formation and aggregation of intracellular amyloid genic proteins by transglutaminase-catalyzed intramolecular cross-linking. (2005)
  • 著者名/発表者名: Konno, T., T.Morii, A.Hirata, S.Sato, S.Oiki, K.Ikura
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 2072-2079
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Paradoxical inhibition of protein aggregation and precipitation by transglutaminase-catalyzed intermolecular cross-linking. (2005)
  • 著者名/発表者名: Konno, T., T.Morii, H.Shimizu, S.Oiki, K.Ikura
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 280 ページ: 17520-17525
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Coupled K^+-Water Flux through the HERG Potassium Channel Measured by an Osmotic Pulse Method. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ando, H., M.Kuno, H.Shimizu, I.Muramatsu, S.Oiki
  • 雑誌名: J. Gen. Physiol. 126 ページ: 529-538
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Coupled K+-Water Flux through the HERG Potassium Channel Measured by an Osmotic Pulse Method. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ando, H., M.Kuno, H.Shimizu, I.Muramatsu, S.Oiki
  • 雑誌名: J. Gen. Physiol. 126 ページ: 529-538
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Paradoxical inhibition of protein aggregation and precipitation by transglutaminase-catalyzed intermolecular cross- linking. (2005)
  • 著者名/発表者名: Konno, T., T.Morii, H.Shimizu, S.Oiki, K.Ikura
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 17520-17525
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Covalent blocking of fibril formation and aggregation of intracellular amyloidgenic proteins by transglutaminase-catalyzed intramolecular cross-linking. (2005)
  • 著者名/発表者名: Konno, T., T.Morii, A.Hirata, S.Sato, S.Oiki, K.Ikura
  • 雑誌名: Biochemistry. 44 ページ: 2072-2079
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dictionary of Cell Biology (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Oiki (Ishikawa, H., Kuroiwa, T., Nagata, K.Eds.)
  • 雑誌名: Asakura Pub. Co., Ltd. ページ: 464-464
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Coupled K^+-Water Flux through the HERG Potassium Channel Measured by an Osmotic Pulse Method. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ando, H., M.Kuno, H.Shimizu, I.Muramatsu, S.Oiki
  • 雑誌名: J.Gen.Physiol. 126 ページ: 529-538
• [雑誌論文] Paradoxical inhibition of protein aggregation and precipitation by transglutaminase-catalyzed intermolecular cross-linking. (2005)
  • 著者名/発表者名: Konno, T., T.Morii, H.Shimizu, S.Oiki, K.Ikura
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 17520-17525
• [雑誌論文] Covalent blocking of fibril formation and aggregation of intracellular amyloidgenic proteins by transglutaminase-catalyzed intramolecular cross-linking. (2005)
  • 著者名/発表者名: Konno, T., T.Morii, A.Hirata, S.Sato, S.Oiki, K.Ikura
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 2072-2079
• [図書] 細胞生物学事典(石川統、黒岩常祥、永田和宏、編集) (2005)
  • 著者名/発表者名: 老木 成稔
  • 総ページ数: 464
  • 出版者: 朝倉書店
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] 細胞生物学事典(石川統, 黒岩常祥, 永田和宏, 編) (2005)
  • 著者名/発表者名: 老木 成稔
  • 総ページ数: 460
  • 出版者: 朝倉書店
• [産業財産権] 変異型HERGチャネル発現細胞およびその用途 (2005)
  • 発明者名: 柳承希, 明貝俊彦, 今井友美, 老木成稔
  • 権利者名: 柳承希, 明貝俊彦, 今井友美, 老木成稔
  • 産業財産権番号: 2005-269153
  • 出願年月日: 2005-09-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より