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高速AFMによるカリウムチャネルの構造‐機能ダイナミクスの解析

研究課題

研究課題/領域番号 17H05058
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 生理学一般
研究機関金沢大学

研究代表者

角野 歩  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 助教 (80717140)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円)
2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2017年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
キーワードイオンチャネル / 高速原子間力顕微鏡 / 電位依存性チャネル / 脂質膜 / 原子間力顕微鏡 / チャネル / 生体膜
研究成果の概要

探針走査型高速AFMと電気生理の同時計測系を開発し、チャネルのナノ構造と機能を観察する計画であったが、作製した探針走査型高速AFMが安定動作しなかった。よって方針を変更し、探針走査型高速AFMを、動作が安定な試料走査型高速AFMへ作り替えた。脂質膜中の電位依存性Na+チャネルを試料走査型高速AFMで計測すると、4つの粒子が四角に集合したポアドメイン(PD)の構造が観察された。その周囲にはより小さな粒子が密着しており、これは電位センサードメイン(VSD)と考えられる。電位依存性を変化させた変異体ではVSDらしき粒子がPDから解離しており、電位依存性に関連した分子内モチーフの会合・解離を発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電位依存性チャネルは生理機能の維持に欠かせない重要な分子群であるが、その電位依存的な開閉の際の構造変化は不明点が多い。本研究は脂質膜中における電位センサードメインとポアドメインの位置関係を一分子レベルで直接観察した初の結果であり、電位依存的開閉機構の完全解明に向けて重要な知見となった。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2019 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Antibacterial Activity of Membrane-Permeabilizing Bactericidal Cyclodextrin Derivatives2021

    • 著者名/発表者名
      H. Yamamura, T. Hagiwara, Y. Hayashi, K. Ogawa, H. Kato T. Katsu K. Masuda A. Sumino H. Yamashita R. Jinno M. Abe A. Miyagawa
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 6(47) 号: 47 ページ: 31831-31842

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c04541

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Macrocyclic Peptide-Conjugated Tip for Fast and Selective Molecular Recognition Imaging by High-Speed Atomic Force Microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      L. Pupplin, D. Kanayama, N. Terasaka, K. Sakai, N. Kodera, K. Umeda, A. Sumino, M. Arin, W. Wei, H. Tanaka, T. Fukuma, H. Suga, K. Matsumoto, M. Shibata
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 13(46) 号: 46 ページ: 54817-54829

    • DOI

      10.1021/acsami.1c17708

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Visualisation of helical structures of poly(diphenylacetylene)s bearing chiral amide pendants by atomic force microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      A. Yurtsever, S. Das, T. Nishimura, R. Rodriguez, D. Hirose, K. Miyata, A. Sumino, T. Fukuma, K. Maeda
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 57(92) 号: 92 ページ: 12266-12269

    • DOI

      10.1039/d1cc05341h

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Essential Requirements of Biocompatible Cellulose Solvents2021

    • 著者名/発表者名
      T. Komori, H. Satria, K. Miyamura, A. Ito, M. Kamiya, A. Sumino, T. Onshi, K. Ninomiya, K. Takahashi, J. Anderson, T. Uto, K. Kuroda
    • 雑誌名

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      巻: 9(35) 号: 35 ページ: 11825-11836

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.1c03438

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High-speed AFM reveals accelerated binding of agitoxin-2 to a K+ channel by induced fit2019

    • 著者名/発表者名
      A. Sumino,T. Sumikama,T. Uchihashi,S. Oiki
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 5 号: 7 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1126/sciadv.aax0495

    • NAID

      120006649788

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Channel Formation and Membrane Deformation via Sterol-Aided Polymorphism of Amphidinol 32017

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto M, Sumino A, Shimada E, Kinoshita M, Matsumori N, Oiki S
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 10782-10782

    • DOI

      10.1038/s41598-017-11135-x

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Structural Dynamics of The Cytoplasmic Domain of Transient Receptor Potential Vanilloid1(TRPV1) in Lipid Bilayer Observed by High Speed Atomic Force Microscopy (HS-AFM)2021

    • 著者名/発表者名
      D. Mukai, Y. Zhao, M. Shibata, M. Hattori, A. Sumino
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡による膜中TRPV1 チャネルの動態観察2021

    • 著者名/発表者名
      向 大地, Yimeng Zhao, 柴田 幹大, 服部 素之, 角野 歩
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 高速AFMによるサソリ毒ペプチドが効率的にK+ チャネルを阻害する仕組みの解明2019

    • 著者名/発表者名
      角野 歩, 炭竈 享司, 内橋 貴之, 老木 成稔
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会 ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速AFMによる膜関連分子の動態観察2019

    • 著者名/発表者名
      角野 歩
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会 フォーラム(チュートリアル企画
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High-speed AFM reveals ligand binding dynamics on membrane proteins: accelerated binding of agitoxin-2 to a K+ channel by induced fit2019

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Sumino
    • 学会等名
      TRENDS IN MOLECULAR BIOPHYSICS OF LIVING CELLS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡によるハブ毒液由来ホスホリパーゼA2の脂質膜分解動態の観察2019

    • 著者名/発表者名
      角野 歩, 神谷 孫斗, 上田 直子
    • 学会等名
      第66回トキシンシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Studying ion channels in reconstituted membrane using atomic force microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      角野 歩、炭竈 享司、内橋 貴之、老木 成稔
    • 学会等名
      日本生物物理学会第56回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速AFMによるサソリ毒ペプチドとK+チャネルの結合動態解析2019

    • 著者名/発表者名
      角野 歩
    • 学会等名
      大阪大学蛋白質研究所セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 原子間力顕微鏡のイオンチャネル研究への応用2019

    • 著者名/発表者名
      角野 歩
    • 学会等名
      第3回イオンチャネル研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2023-01-30  

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