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膜電位存在下におけるイオンチャネルの機能と構造変化の1分子同時計測

研究課題

研究課題/領域番号 18H02596
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分48020:生理学関連
研究機関福井大学

研究代表者

清水 啓史  福井大学, 学術研究院医学系部門, 講師 (50324158)

研究分担者 岩本 真幸  福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (40452122)
平井 義和  京都大学, 工学研究科, 助教 (40452271)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2018年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)
キーワード1分子計測 / 蛋白質 / X線回折 / X線回折
研究成果の概要

イオンチャネル開閉構造変化の全体像を明らかにするため、1分子電流と1分子構造変化の同時計測法開発を目的とした。本研究では、デバイス中への脂質二重膜形成のため、パターンニング可能な新素材を採用し膜穴形成のプロセスを開発した。脂質二重膜を形成し電気容量計測を行った。電気容量の低減プロセスを開発した。次に、電極のパターンニングプロセスを行いデバイス上への電極を配置した。放射線照射実験を行い、照射に伴う電気ノイズレベルの計測と散乱X線の遮蔽方法を検討した。さらに、金ナノ結晶のサイズ制御法を改良し、蛋白質との複合体形成の効率を高めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

イオンチャネル蛋白質は1分子機能測定法である1分子電流計測法が確立しており、立体構造情報の蓄積が進んでいる今、1分子動態計測との同時計測の実現は、蛋白質の機能発現機構の解明に極めて重要である。本研究では、X線1分子動態計測法に適合する同時計測チャンバ開発を進めた。観測窓、流路形成素材の決定を始め、観測チャンバに電極を設置し、放射光実験で電極に散乱X線が入射することを防ぐノイズ対策など、同時計測実現へ向けた重要な進展があった。また、観測プローブと蛋白質の複合体形成効率を高めるため、サイズ制御法のプロセスの改良も進んだ。

報告書

(4件)
  • 2020 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
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Diffracted X-ray tracking method for recording single-molecule protein motions2019

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Hirofumi
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects

      巻: in press 号: 2 ページ: 129361-129361

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2019.05.004

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hexameric and pentameric complexes of the ExbBD energizer in the Ton system2018

    • 著者名/発表者名
      Maki-Yonekura Saori、Matsuoka Rei、Yamashita Yoshiki、Shimizu Hirofumi、Tanaka Maiko、Iwabuki Fumie、Yonekura Koji
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 7 ページ: 1-24

    • DOI

      10.7554/elife.35419

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] PB-07Structural Analysis of KcsA by Cryo-EM Single Particle Analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Takazaki Hiroko、Shimizu Hirofumi、Yasunaga Takuo
    • 雑誌名

      Microscopy

      巻: 67 号: suppl_2 ページ: i35-i35

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfy096

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] イオンチャネル構造遷移過程のX線1分子動画計測2020

    • 著者名/発表者名
      清水啓史
    • 学会等名
      生理研研究会「イオンチャネルと生体膜のダイナミクス:構造生物学の先にあるもの」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X線1分子動態計測法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      清水啓史
    • 学会等名
      第67回中部生理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] SINGLE-MOLECULE TWISTING MOTIONS DURING GATING OF THE HUMAN TRPV1 CHANNEL RECORDED WITH SUB-MILLISECOND TIME RESOLUTION.2020

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shimizu, Takuya Kobayashi, Masayuki Iwamoto, Kentaro Kajiwara, Nagomi Kurebayashi, Haruo Ogawa, Takashi Murayama.
    • 学会等名
      64th Annual Meeting of Biophysical Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] “Microfabricated Observation Chamber for Diffracted X-ray Tracking Method to Capture Ion-Channel Gating Motion at Time-Lapse Images”,2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Hirai
    • 学会等名
      The 13th IEEE International Conference on Nano/Molecular Medicine and Engineering (IEEE-NANOMED 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural Analysis of KcsA by Cryo-EM Single Particle Analysis.2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroko Takasaki, Hirofumi Shimizu, Takuo Yasunaga
    • 学会等名
      The 57th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Structural analysis of KcsA potassium channel by Cryo-EM.2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroko Takazaki, Hirofumi Shimizu, Takuo Yasunaga.
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会生体解析分科会 Frontiers in Cellular, Viral and Molecular Microscopy with Cryo-specimen Preparation Techniques
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 「クライオ電子顕微鏡単粒子解析法を用いたKcsAの構造解析.」2019

    • 著者名/発表者名
      髙﨑寛子, 清水啓史, 安永卓生.
    • 学会等名
      第61回日本顕微鏡学会九州支部集合・学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] “シリコン窒化膜を用いたX線一分子動態計測用溶液チャンバの開発”2019

    • 著者名/発表者名
      山内一慶, 田渕友樹, 平井義和, 岩本真幸, 土屋智由, 清水啓史, 田畑修,
    • 学会等名
      第80回 応用物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 「X 線1 分子動態計測法に適する新たなターゲット分子の探索」2019

    • 著者名/発表者名
      清水啓史
    • 学会等名
      第4回イオンチャネル研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Microfabricated Solution Chamber for High Resolution Diffracted X-ray Tracking Method to Observe Ion Channel Gating Motion2019

    • 著者名/発表者名
      Ikkei Yamauchi, Tomoki Tabuchi, Yoshikazu Hirai, Masayuki Iwamoto, Toshiyuki Tsuchiya, Hirofumi Shimizu, and Osamu Tabata
    • 学会等名
      Transducers 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 「イオンチャネルの開閉機構観察のための高解像度X 線一分子動態計測用溶液チャンバの開発」2019

    • 著者名/発表者名
      山内一慶,田渕友樹,平井義和,岩本真幸,土屋智由,清水啓史,田畑修
    • 学会等名
      CHEMINAS39
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Method to Record Single-Molecule Fluctuations and Conformational Changes in Proteins2019

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Kentaro Kajiwara, Yoshikazu Hirai, Osamu Tabata
    • 学会等名
      9th FAOPS CONGRESS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MICROFABRICATED SOLUTION CHAMBER FOR HIGH RESOLUTION DIFFRACTED X-RAY TRACKING METHOD TO OBSERVE ION-CHANNEL GATING MOTION2019

    • 著者名/発表者名
      Ikkei Yamauchi, Tomoki Tabuchi, Yoshikazu Hirai, Masayuki Iwamoto, Toshiyuki Tsuchiya, Hirofumi Shimizu, and Osamu Tabata
    • 学会等名
      Tranducers2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Microchannel Fabrication using a Photo Patternable Adhesive Material for Recording Conformational Changes of KcsA Channel with the Diffracted X-ray Tracking Method2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Hirai, Yasuaki Mori, Tomoki Tabuchi, Hirofumi Shimizu, Toshiyuki Tsuchiya, Osamu Tabata,
    • 学会等名
      The EUROSENSORS 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural Analysis of KcsA by Cryo-EM Single Particle Analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroko Takazaki, Hirofumi Shimizu, Kaoru Mitsuoka, Takuo Yasunaga
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 福井大学統合生理学

    • URL

      https://www.med.u-fukui.ac.jp/laboratory/integrative/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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