電場と動態：膜電位存在下での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/領域番号: 20679002
• 研究種目: 若手研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 清水 啓史 福井大学, 医学部, 講師 (50324158)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 79,950千円 (直接経費: 61,500千円、間接経費: 18,450千円); 2011年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2010年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2009年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2008年度: 46,540千円 (直接経費: 35,800千円、間接経費: 10,740千円)
• キーワード: 生体膜 / チャネル / トランスポーター / 能動輸送 / 生理学 / 生体分子 / 生物物理学 / 放射線 / 蛋白質 / 1分子計測(SMD) / 1分子計測 / イオンチャネル / 構造変化 / 放射光 / 機能 / 同時計測 / ダイナミクス

研究概要

イオンチャネル蛋白質の機能と構造変化の1分子同時計測を実現するため、X線1分子動態計測法の開発に取り組みました。その結果、高速観測システムの導入、溶液置換観測チャンバーの開発、照射X線スペクトルの最適化、画像データ解析プログラムの開発に成功し、1分子同時計測システムを構成する要素技術を確立しました。

評価記号

検証結果 (区分)

A

研究成果

• [雑誌論文] Structural changes of the KcsA potassium channel upon application of the electrode potential studied by surface-enhanced IR absorption spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Yamakata, H. Shimizu, M. Osawa, S. Oiki
  • 雑誌名: Chemical Physics 巻: 02 ページ: 35-35
  • URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemphys.2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] ATR-FTIR spectroscopy revealing the different vibrational modes of the selectivity filter interacting with K+ and Na+ in the open and collapsed conformations of the KcsA potassium channel (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Furutani, H. Shimizu, Y. Asai, T. Fukuda, S.Oiki, H. Kandori
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry Letter 巻: 3 ページ: 3806-3810
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser-Triggered Single Molecular Gating Motions of the KcsA Potassium Channels Recorded in a Sub-Millisecond Time Resolution (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Shimizu, M. Iwamoto, T. Konno, A. Royant, D. Setten, L. Guerin, M. Wulff, S. Oiki
  • 雑誌名: Biophys. J 巻: 102
• [雑誌論文] Single Molecular Gating Dynamics for the KcsA Potassium Channel (2011)
  • 著者名/発表者名: Shigetoshi Oiki, Hirofumi Shimizu,Masayuki Iwamoto and Takashi Konno
  • 雑誌名: Advances in Chemical Physics 巻: Volume 146 ページ: 147-194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single Molecular Gating Dynamics for the KcsA Potassium Channel (2011)
  • 著者名/発表者名: Shigetoshi Oiki, Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Takashi Konno
  • 雑誌名: Advances in Chemical Physics 巻: 146 ページ: 147-194
• [雑誌論文] A cytotoxic peptide from amarine sponge exhibits ion channel activity through vectorial-insertion into the membrane (2010)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto, M., Shimizu, H., Muramatsu, I., Oiki, S
  • 雑誌名: FEBS Lett
  • 査読あり
• [雑誌論文] X線1分子計測法に適合するマイクロ流路測定装置の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 雑誌名: 福井大学重点研究成果集・明日への挑戦 ページ: 30-31
• [雑誌論文] A cytotoxic peptide from a marine sponge exhibits ion channel activity through vectorial-insertion into the membrane (2010)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto M, Shimizu H, Muramatsu I, Oiki S.
  • 雑誌名: FEBS Letter 巻: 584(18) ページ: 3995-3999
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global Twisting Motions during Gating in Kcsa Potassium Channels (2009)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, H., Iwamoto, M., Konno, T., Nihei, A., Sasaki, Y. C., Oiki, S
  • 雑誌名: Journal of Physiological Sciences 巻: 59 ページ: 256-256
• [雑誌論文] Topological mapping of the asymmetric drug binding to the human ether-a-go-go-related gene product (HERG) potassium channel by use of tandem dimers (2008)
  • 著者名/発表者名: Myokai, T., Ryu, S., Shimizu, H., Oiki, S.
  • 巻: 73(6)
  • ページ: 1643-51
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kチャネルのイオン透過機構:新しい流動電位測定法により明らかになったイオン-水流束比 (2008)
  • 著者名/発表者名: 老木成稔,安藤博之,久野みゆき,清水啓史,岩本真幸
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 48 ページ: 246-252
  • NAID: 110006839208
• [雑誌論文] Topological mapping of the asymmetric drug binding to the human ether-a-go-go-related gene product (HERG) potassium channel by use of tandem dimers (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Myokai, Sunghi Ryu, Hirofumi Shimizu, Shigetoshi Oiki
  • 雑誌名: Molecular Pharmacology 73 ページ: 1645-41
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kチャネルのイオン透過機構 : 新しい流動電位測定法により明らかになったイオン-水流束比 (2008)
  • 著者名/発表者名: 老木成稔, 安藤博之, 久野みゆき, 清水啓史, 岩本真幸
  • 雑誌名: 生物物理 48 ページ: 246-252
  • NAID: 110006839208
• [雑誌論文] Twisting Conformational Changes of Single KcsA Potassium Channel upon Gating using Diffracted X-ray Tracking (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Yuji C. Sasaki, Shigetoshi Oiki
  • 雑誌名: Research Frontiers 2007 ページ: 42-43
• [雑誌論文] Twisting Conformational Changes of Single KcsA Potassium Channel upon Gating using Diffracted X-ray Tracking (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Yuji C. Sasaki, Shigetoshi Oiki
  • 雑誌名: Research Frontiers ページ: 42-43
• [雑誌論文] Masayuki Iwamoto and Takashi Konno : Single Molecular Gating Dynamics for the KcsA Potassium Channel.
  • 著者名/発表者名: Shigetoshi Oiki, Hirofumi Shimizu
  • 雑誌名: Advances in Chemical Physics Volume 146
• [雑誌論文] Single Molecular Gating Dynamics for the KcsA Potassium Channel.
  • 著者名/発表者名: Shigetoshi Oiki, Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto Taka shi Konno
  • 雑誌名: Advances in Chemical Physics 巻: 146(In press)
• [学会発表] イオンチャネル開閉構造変化のX線1分子動画計測 -分子揺らぎと構造変化の相関の解明を目指して- (2013)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会 シンポジウム「タンパク質の動きを解き明かす一分子計測の最前線」
  • 発表場所: 広島
• [学会発表] Development of a method for recording single molecular gating dynamics of KcsA potassium channel in a sub-millisecond time resolution (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Nagoya Symposium Frontiers in Structural Physiology
  • 発表場所: Nagoya
• [学会発表] KcsA カリウムイオンチャネルの溶液条件変化応答1 分子開閉ダイナミクスの解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会,シンポジウム「先端顕微計測が照らす生命の輝き」
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] カリウムチャネルの選択透過性とゲーティング (2012)
  • 著者名/発表者名: 老木成稔,岩本真幸,炭竃享司,清水啓史
  • 学会等名: 平成24年度生理学研究所研究会「膜機能分子の機能・構造ゆらぎの時空間スペクトル解析」
• [学会発表] サブミリ秒時間スケールでのKcsA カリウムイオンチャネル開閉構造変化の1 分子動画計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会,シンポジウム「YouTube 時代の構造生物学」
• [学会発表] Laser-Triggered Single Molecular Gating Motions of the KcsA Potassium Channels Recorded in a Sub-Millisecond Time Resolution (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Shimizu, M. Iwamoto, T. Konno, A. Royant, D. Setten, L. Guerin, M. Wulff, S. Oiki
  • 学会等名: Biophysical Society 56th Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego (USA)
• [学会発表] Development of a diffracted X-ray tracking method for measuring gating transitions of the KcsA potassium channels in a sub-millisecond time resolution (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimizu H., Iwamoto M., Konno T., Royant A., Stetten V.D., Guerin L., Wulff M., Oiki S.
  • 学会等名: The 89th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 発表場所: Matsumoto, Japan
• [学会発表] Laser-Triggered Single Molecular Gating Motions of the KcsA Potassium Channels Recorded in a Sub-Millisecond Time Resolution (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimizu H., Iwamoto M., Konno T., Royant A., Stetten V.D., Guerin L., Wulff M., Oiki S.
  • 学会等名: 56th Annual Meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: San Diego, USA(oral)
• [学会発表] サブミリ秒時間スケールでのイオンチャネル構造変化の光トリガーX線1分子計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 特定領域「高次系分子科学」第15回ミニ公開シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学(招待講演)
• [学会発表] Gating Motions of KcsA Potassium Channel Measured in a Single Mole cule by Diffracted X-ray Tracking Method (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Seminaires at Institute of Physics in University of Rennes 1
  • 発表場所: Rennes, France
  • 年月日: 2011-10-14
• [学会発表] X線1分子計測法によるイオンチャネル開閉構造変化の計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 新学術領域研究「過渡的複合体」公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2011-07-21
• [学会発表] X線1分子計測法によるイオンチャネル開閉構造変化の計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 新学術領域研究「過渡的複合体」公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-21
• [学会発表] Recordings of Gating Motions of the KcsA Potassium Channels in a Single Molecule Level' (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: "New Developments in Time-Resolved Studies with Synchrotron Radiation" Structural Dynamics Workshop of the ESRF Users' Meeting
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2011-02-11
• [学会発表] X線1分子計測法によるカリウムイオンチャネルの1分子ダイナミクスの計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史、岩本真幸、今野卓、Antoine Royant, David Von Stetten, Laurent Guerin, Michael Wulff, 老木成稔
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会「膜蛋白質の構造変化を研究するための新しい実験ツール」シンポジウム
  • 発表場所: 兵庫
• [学会発表] Recordings of Gating Motions of the KcsA Potassium Channels in a Single Molecule Level' "New Developments in Time-Resolved Studies with Synchrotron Radiation (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Structural Dynamics Workshop of the ESRF Users' Meeting
  • 発表場所: Grenoble, France
• [学会発表] X線1分子計測法によるカリウムイオンチャネルの1分子ダイナミクスの計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史、岩本真幸、今野卓、Antoine Royant, David Von Stetten, Laurent Guerin, Michael Wulff, 老木成稔
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会「膜蛋白質の構造変化を研究するための新しい実験ツール」シンポジウム
  • 発表場所: 兵庫(招待講演)
• [学会発表] Analysis of the Single-molecular Gating Motions of Ion Channels with Difiracted X-ray Tracking Method (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: 特定領域「高次系分子科学」第5回公開シンポジウム
  • 発表場所: 札幌(招待講演)
• [学会発表] イオンチャネル開閉構造変化の光トリガーX線1分子計測システムの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史, 岩本真幸, 今野卓, Royant A., Stetten V.D., Guerin L., Wulff M., 老木成稔
  • 学会等名: 第58回中部生理学会
  • 発表場所: 福井
• [学会発表] Recordings of Gating Motions of the KcsA Potassium Channels in a Single Molecule Level (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu (Invited)
  • 学会等名: "New Developments in Time-Resolved Studies with Synchrotron Radiation"Structural Dynamics Workshop of the ESRF Users' Meeting
  • 発表場所: Grenoble, France
• [学会発表] Gating Motions of KcsA Potassium Channel Measured in a Single Molecule by Diffracted X-ray Tracking Method (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Institute of Physics University of Rennes
  • 発表場所: Rennes, France
  • 年月日: 2010-12-14
• [学会発表] Gating motions of KcsA potassium channel detected in a single molecule (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Institut de Biologie Structurale
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2010-09-23
• [学会発表] Gating motions of KcsA potassium channel detected in a single molecule (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Seminars in Institut de Biologie Structurale
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2010-09-23
• [学会発表] Conformational changes of KcsA potassium channel during gating detected in a single molecule (2010)
  • 著者名/発表者名: HirofumiShimizu
  • 学会等名: Scientific Highlights of Soft Matter Science Day
  • 発表場所: Sassenage, France
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Conformational changes of KcsA potassium channel during gating detect ed in a single molecule (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Scientific Highlights of Soft Matter Science Day (European Synchrotron Radiation Facility)
  • 発表場所: Sassenage, France
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Global Twisting Motions of KcsA Potasium Channels upon Gating (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: PSB Carl-Ivar Branden building
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2010-07-07
• [学会発表] Global Twisting Motions of KcsA Potasium Channels upon Gating (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Seminar in PSB Carl-Ivar Branden building
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2010-07-07
• [学会発表] イオンチャネル開閉構造変化のX線1分子動画計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 第261回触媒化学研究センター談話会
  • 発表場所: 北海道大学(招待講演)
  • 年月日: 2009-08-03
• [学会発表] イオンチャネル開閉構造変化のX線1分子動画計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 第261回触媒化学研究センター談話会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-08-03
• [学会発表] KcsAカリウムイオンチャネル開閉ねじれ運動のX線1分子計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史, 老木成稔
  • 学会等名: 表面・界面を観る非線形分光の新しい展開
  • 発表場所: 和光
  • 年月日: 2009-03-23
• [学会発表] Gating motions ofKcsA potassium channel detected as amovie (2009)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Symposium of Molecular Ensemble 2009
  • 発表場所: Wako, Saitama
• [学会発表] Conformational Changes of Single-Molecular KcsA Potassium Channels during Gating Recorded in a Sub-Millisecond Time Resolution (2009)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu, MasayukiIwamoto, Takashi Konno, Reo Sakakura, Yoshimitsu Aoki, Shigetoshi Oiki
  • 学会等名: The 47th annual meeting of the Biophysical Society Japan
  • 発表場所: Tokushima
• [学会発表] KcsAカリウムイオンチャネルの構造ダイナミクス研究の現状 (2009)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史、岩本真幸、今野卓、老木成稔
  • 学会等名: 第7回ミニ公開シンポジウム「イオンチャネルの構造ダイナミクスII」
  • 発表場所: 福井
• [学会発表] KcsAカリウムイオンチャネル開閉ねじれ運動のX線1分子計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 第6回ミニ公開シンポジウム 「表面・界面を観る非線形分光の新しい展開」
  • 発表場所: 埼玉 和光 (招待講演)
• [学会発表] Gating motions of KcsA potassium channel detected as a movie (2009)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu
  • 学会等名: Symposium of Molecular Ensemble 2009
  • 発表場所: Wako, Saitama, Invited speaker
• [学会発表] Conformational Changes of Single-Molecular KcsA Potassium Channels during Gating Recorded in a Sub-Millisecond Time Resolution. (2009)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Takashi Konno, Reo Sakakura, Yoshimitsu Aoki , Shigetoshi Oiki
  • 学会等名: The 47th annual meeting of the Biophysical Society Japan
  • 発表場所: Tokushima
• [学会発表] Gating motions of KcsA potassium channel detected as a movie (2009)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: Symposium of Molecular Ensemble 2009
  • 発表場所: Wako, Saitama
• [学会発表] KcsAカリウムイオンチャネルの構造ダイナミクス研究の現状 (2009)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史, 岩本真幸, 今野卓, 老木成稔
  • 学会等名: 特定領域 高次系分子科学 第7回ミニ公開シンポジウム (オーガナイザー)
  • 発表場所: 福井
• [学会発表] Global Twisting Motions During Gating in KcsA Potassium Channels (2009)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Takashi Konno, Amiko Nihei, Yuji C Sasaki
  • 学会等名: The 36th Congress of the International Union of Physiological Sciences
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] KcsAカリウムイオンチャネルの構造ダイナミクス (2008)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 第2回 ミニ公開シンポジウム 「イオンチャネルの構造ダイナミクス」
  • 発表場所: 福井
  • 年月日: 2008-07-09
• [学会発表] イオンチャネル開閉ねじれ運動の1分子動画計測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 第26回 ナノ・バイオテクノロジー研究会
  • 発表場所: 名古屋工業大学(招待講演)
  • 年月日: 2008-06-19
• [学会発表] イオンチャネル開閉ねじれ運動の1分子動画計測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: ナノバイオテクノロジー研究会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2008-06-19
• [学会発表] Global Twisting Motionof Single Molecular KcsA PotassiumChannel upon Gating (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu, MasayukiIwamoto, Takashi Konno, Amiko Nihei,Shigetoshi Oiki
  • 学会等名: New Approaches to Complexity ofProtein Dynamics by Single MoleculeMeasurements : Experiments andTheories
  • 発表場所: OsakaGold Poster Award
• [学会発表] Global Twisting Motion of Single Molecular KcsA Potassium Channel Upon Gating. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Amiko Nihei, Takashi Konno, Yuji C.Sasaki, Shigetoshi Oiki
  • 学会等名: New Approaches to Complexity of Protein Dynamics by Single Molecule Measurements : Experiments and Theories
  • 発表場所: Osaka Gold Poster Award 受賞
• [学会発表] Visualization of conformational changes of single molecular KcsA potassium channels revealed global twisting motions upon gating. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Amiko Nihei, Takashi Konno, Yuji C.Sasaki, Shigetoshi Oiki
  • 学会等名: The 46th annual meeting of the Biophysical Society Japan
  • 発表場所: Fukuoka
• [学会発表] Global Twisting Motion of Single Molecular KcsA Potassium Channel Upon Gating (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu, Masayuki Iwamoto, Amiko Nihei, Takashi Konno, Yuji C. Sasaki, Shigetoshi Oiki
  • 学会等名: New Approaches to Complexity of Protein Dynamics by Single Molecule Measurements : Experiments and Theories
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] Visualization of conformational changes of single molecular Kcs A potassium channels revealed global twisting motions upon gating (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Shimizu. Masayuki Iwamoto, Amiko Nihei, Takashi Konno, Yuji C. Sasaki, Shigetoshi Oiki
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] KcsAカリウムチャネルの開閉に伴うねじれ構造変化の1分子動画計測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史, 岩本真幸, 今野卓, 二瓶亜三子, 佐々木裕次, 老木成稔
  • 学会等名: 日本生化学会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] KcsAカリウムイオンチャネルの構造ダイナミクス (2008)
  • 著者名/発表者名: 清水啓史
  • 学会等名: 分子高次系機能解明のための分子科学 ミニ公開シンポジウム
  • 発表場所: 福井
• [備考] 2010年文部科学大臣表彰若手科学者賞受賞清水啓史 「イオンチャネル開閉構造変化のX線1分子計測についての研究」
• [備考] 清水啓史 「チャネル分子のねじれがイオンの通り道を開閉する」サイエンストピックス60 日本生理学会Web Site 2008/4/13
• [備考]
  • URL: http://seiril.labos.ac/ja
• [備考] 2010年文部科学大臣表彰若手科学者賞受賞清水啓史
• [備考] イオンチャネル開閉構造変化のX線1分子計測についての研究