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イオンチャネルの多量体化の機構の解明とその生理的意義

研究課題

研究課題/領域番号 17K17768
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 生理学一般
生物物理学
研究機関金沢大学 (2018-2019)
福井大学 (2017)

研究代表者

炭竈 享司  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任助教 (30579412)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードイオンチャネル / 細胞膜 / 分子動力学法 / シミュレーション / 分子動力学 / タンパク質 / 膜 / 相互作用 / 膜挿入 / トキシン / チャネル / 多量体形成
研究成果の概要

生合成されたイオンチャネルの単量体がいかに細胞膜に取り込まれ、その後、多量体を形成して機能できるようになるかは未だに解明されていない。本研究では、分子動力学法を用いたシミュレーションにより、それらの過程を観察し解明することを目的とした。その結果、最小のチャネルの一つであるポリセオナミドBが細胞膜に突き刺さる過程を分子レベルから解明することに成功した。多量体の形成機構については研究を進めることは出来なかったが、近年提案されているelectronic continuum correction法がより正確にイオンとタンパク質、脂質分子の相互作用を記述するには不可欠であることを確認できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

イオンチャネルがいかにその機能を発揮するかを調べることは、生理的・生物物理学的に重要であるだけでなく、イオンチャネルは神経や筋肉の動きを支配する分子の一つであり、その機能の欠陥による様々な病気が知られているため、社会的にも意義深いものと考える。また、簡便なelectronic continuum correction法がイオンとタンパク質や脂質分子の相互作用の大幅な改善につながることは、今度のシミュレーションにとって不可欠な知識となっていくと考える。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 7件、 招待講演 11件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Aalto University(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Induced-Fit Pathway Accelerated Binding of Agitoxin-2 to A K+ Channel Imaged by HS-AFM2020

    • 著者名/発表者名
      Sumino Ayumi、Sumikama Takashi、Uchihashi Takayuki、Oiki Shigetoshi
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 118 号: 3 ページ: 236a-236a

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2019.11.1392

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computing Atomic Force Microscopy Images of Chromosomes using Polymer Simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Sumikama Takashi、Foster Adam S.、Fukuma Takeshi
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 118 号: 3 ページ: 619a-619a

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2019.11.3341

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 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] Queueing arrival and release mechanism for K+ permeation through a potassium channel2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Sumikama, Shigetoshi Oiki
    • 雑誌名

      The Journal of Physiological Sciences

      巻: 69 ページ: 919-930

    • NAID

      120006715810

    • 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] Computed Atomic Force Microscopy Images of Chromosomes by Calculating Forces with Oscillating Probes2019

    • 著者名/発表者名
      Sumikama Takashi、Foster Adam. S.、Fukuma Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 3 ページ: 2213-2218

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b10263

    • NAID

      120006780310

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Origins of Heat Evolution in Mixing Water and Dimethyl Sulfoxide2018

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Kazuko、Sumikama Takashi、Tarnai Yoshinori、Tani Masahiko
    • 雑誌名

      International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz2018)

      巻: - ページ: 1-2

    • DOI

      10.1109/irmmw-thz.2018.8509894

    • NAID

      120006602138

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Capturing the Freeze-Drying Dynamics of NaCl Nanoparticles Using THz Spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Ajito Katsuhiro、Ueno Yuko、Kim Jae-Young、Sumikama Takashi
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 140 号: 42 ページ: 13793-13797

    • DOI

      10.1021/jacs.8b07828

    • NAID

      120006602137

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] チャネルの入口がイオンの透過速度を決める2018

    • 著者名/発表者名
      炭竈 享司、老木 成稔
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 58 号: 1 ページ: 012-016

    • DOI

      10.2142/biophys.58.012

    • NAID

      130006322043

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structure and dynamics of solvent molecules inside the polytheonamide B channel in different environments: a molecular dynamics study2018

    • 著者名/発表者名
      Kalathingal Mahroof、Sumikama Takashi、Mori Toshifumi、Oiki Shigetoshi、Saito Shinji
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 号: 5 ページ: 3334-3348

    • DOI

      10.1039/c7cp06299k

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Toward elucidating a relation between computed atomic force microscopy image and actual structure using machine learning2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Sumikama, Niko Oinonen, Fedor Urtev, Adam. S. Foster, Takeshi Fukuma
    • 学会等名
      The 1st International Conference on Big Data and Machine Learning in Microscopy
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computing Atomic Force Microscopy Images of Chromosomes Using Polymer Simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Sumikama, Adam. S. Foster, Takeshi Fukuma
    • 学会等名
      Biophysical Society 64th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] KcsA K+チャネルでのイオン選択性の分子機構2020

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、三田建一郎、老木成
    • 学会等名
      日本生理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 分子シミュレーションで見る毒の作用機序:海綿由来毒ポリセオナミドの細胞膜への挿入2019

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、Mahroof Kalathingal、老木成稔、斉藤真司
    • 学会等名
      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] 染色体の3D-AFM像と実像の関係の理論的解明2019

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、宮澤佳甫、Adam S. Foster、福間剛士
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Computational prediction of 3D-AFM images of chromosomes2019

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      Joint UBI-NanoLSI workshop "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] 間期と分裂期の染色体の3D-AFM像の理論的予測2019

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、宮澤佳甫、Adam S. Foster、福間剛士
    • 学会等名
      日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 染色体の3D-AFM像の理論予測2019

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、福間剛士
    • 学会等名
      生物物理学会中部支部会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 3D-AFM像の理論予測とHS-AFMの動画解析2019

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      第2回CREST会議(研究課題名:高速原子間力顕微鏡1分子計測のデータ同化による生体分子4次元構造解析法の開発)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] KcsAチャネルでのK+とNa+の選択的透過のMDシミュレーションによる再現2018

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      第3回イオンチャネル研究会チャネルフェニックス
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Computational modeling of chromosomes and carbon nanotubes as a probe of atomic force microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、宮澤佳甫、日笠山拓、中山響介、原田昌征、福間剛士
    • 学会等名
      Biophysical Society Thematic Meeting on the Genome Biophysics: Integrating Genomics and Biophysics to Understand Structural and Functional Aspects of Genomes
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] K+チャネルでのイオンの透過と選択性の誤謬:どこで何を間違えたか?2018

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      蛋白研研究会「構造情報に基づいた膜イオン輸送タンパク質の生理機能の解明に向けて 」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Na+イオンはKcsA K+チャネルを遅いが透過する2018

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、三田建一郎、老木成稔
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Towards elucidating the physical origin of force in AFM measurements and a method analyzing dynamics observed by HS-AFM2018

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      WPI-NanoLSI workshop "Trends in Computational Molecular Biophysics"
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] An alternative permeation mechanism through the K+ channel2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、老木成稔
    • 学会等名
      日本生理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] イオンチャネルにおけるノックオン機構は本当に重要か?ーその2ー2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、老木成稔
    • 学会等名
      生物物理学会中部支部会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Knock-on is not a canonical mechanism for K+ permeation through potassium channels2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、老木成稔
    • 学会等名
      アメリカ生物物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Is Knock-on the Canonical Mechanism for the Ion Permeation through a Potassium Channel?2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、老木成稔
    • 学会等名
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第6回国際シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] K+チャネルを通る電流のMichaelis-Menten様の飽和の分子論的説明2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、老木成稔
    • 学会等名
      分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Water orientation in nanocavity of the Kv1.2 channel and its role in ion permeation: A molecular dynamics study2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      Workshop on Reaction and Structural Dynamics in Condensed Phases
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 何がK+チャネルでのイオンの透過速度を決めるか?:分子動力学シミュレーションによる研究2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      ナノ計測勉強会2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Spontaneous exits of ions from the KcsA channel2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、老木成稔
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] K+チャネルでのイオン透過におけるイオンと水分子の相互作用の重要性2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      第2回イオンチャネル研究会チャネル七夕
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 計算科学は膜イオン輸送の実験をどこまで再現できるか?:K+チャネルでのイオン透過2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      蛋白研研究会「膜イオン輸送の学際研究:計算科学から医学まで」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分布関数の時間発展で生体内現象を解析する:K+チャネルにおけるイオン透過を例に2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      第16回計算分子化学コロキウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イオンチャネルでのイオン透過を分布関数の時間発展で捉える2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司、老木成稔
    • 学会等名
      理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] イオンチャネルを通るイオン透過における水分子の役割:モデルチャネルとK+チャネルを例に2017

    • 著者名/発表者名
      炭竈享司
    • 学会等名
      福井大学遠赤外領域開発研究センターセミナー
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] 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を世界で初めて解明!

    • URL

      https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/achievements/achievements-7257/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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