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細胞膜張力と膜タンパク質機能の関連解明に向けた基盤実験技術の創成と応用

研究課題

研究課題/領域番号 20H03219
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43040:生物物理学関連
研究機関福井大学

研究代表者

岩本 真幸  福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (40452122)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2020年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
キーワード生体膜 / チャネル / 張力 / 電気生理 / 蛍光
研究開始時の研究の概要

細胞膜の脂質二重層に発生する張力の作用はすべての膜タンパク質に及んでいる。しかし、微弱な膜張力を制御して機能解析を行うことの難しさから、膜張力作用の具体的影響については現在も明らかになっていない。本研究では独自に開発した人工膜実験法を基に、膜張力と膜タンパク質機能の関連解明に向けた基盤実験技術を確立させる。そして、典型的イオンチャネルの1分子機能解析を通して、膜張力研究への応用可能性を実証する。これまで事実上看過されてきた膜張力作用を、膜タンパク質制御因子として議論の俎上に載せることで、新たな研究領域の開拓を目指す。

研究成果の概要

細胞膜の張力が膜タンパク質の機能に与える影響を解明するために、独自の脂質2重膜実験法(CBB法)を改良して、膜張力実験の基盤システムを構築した。このシステムを使って、代表的な膜タンパク質であるKcsAカリウムイオンチャネルの膜張力依存性を1分子レベルで詳しく調べた。その結果、張力によってKcsAチャネルが開口する際の構造変化や、KcsA分子内の張力を感知する部位についての新たな知見を得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

膜タンパク質は細胞の物質輸送や情報伝達の中心的な役割を果たす重要な分子である。従来、膜タンパク質の機能を制御する因子として、膜電位や化学修飾、信号分子の結合などが一般的に考えられてきた。私たちの研究により、代表的な膜タンパク質において、これまで明らかになっていなかった張力依存性とその仕組みが解明されたことで、膜張力という新たな制御因子が加わった。また、膜張力を考慮に入れて医薬品の膜タンパク質に対する作用機序を再評価することで、より精度の高い医薬品設計が可能になる。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Cardiolipin binding enhances KcsA channel gating via both its specific and dianion-monoanion interchangeable sites2023

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto Masayuki、Morito Masayuki、Oiki Shigetoshi、Nishitani Yudai、Yamamoto Daisuke、Matsumori Nobuaki
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 26 号: 12 ページ: 108471-108471

    • DOI

      10.1016/j.isci.2023.108471

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of Vasopressin V1a receptor activation on granule cell activities at the synapse in the mouse accessory olfactory bulb2023

    • 著者名/発表者名
      Taniguchi M, Murata Y, Yamaguchi M and Kaba H
    • 雑誌名

      Journal of Physiological Science

      巻: 73 ページ: 208-208

    • DOI

      10.1186/s12576-023-00867-3

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 膜タンパク質機能における細胞膜の役割を人工膜実験で解明する2022

    • 著者名/発表者名
      岩本真幸
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 6 ページ: 445-449

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Sphingosine-1-Phosphate Induces ATP Release via Volume-Regulated Anion Channels in Breast Cell Lines2022

    • 著者名/発表者名
      Furuya K, Takahashi Y, Hirata H, Kobayashi T, Sokabe M
    • 雑誌名

      J Physiol Sci

      巻: 72 (suppl 1) ページ: 109-109

    • DOI

      10.1186/s12576-022-00851-3

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Binding of cardiolipin to the KcsA channel at the membrane outer leaflet allosterically opens the inner gate2022

    • 著者名/発表者名
      Inada Masataka、Iwamoto Masayuki、Yoshida Norio、Oiki Shigetoshi、Matsumori Nobuaki
    • 雑誌名

      BioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2022.02.08.479071

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 膜タンパク質特性の検査台としての人工細胞膜2022

    • 著者名/発表者名
      岩本真幸
    • 雑誌名

      細胞

      巻: 54 ページ: 200-203

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Fluorescent labeling in size‐controlled liposomes reveals membrane curvature‐induced structural changes in the KcsA potassium channel2021

    • 著者名/発表者名
      Ueki Misuzu、Iwamoto Masayuki
    • 雑誌名

      FEBS Letters

      巻: 595 号: 14 ページ: 1914-1919

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14141

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Geometrical and electrophysiological data of the moving membrane method for the osmotic water permeability of a lipid bilayer2021

    • 著者名/発表者名
      Yano Keita、Iwamoto Masayuki、Koshiji Takaaki、Oiki Shigetoshi
    • 雑誌名

      Data in Brief

      巻: 38 ページ: 107309-107309

    • DOI

      10.1016/j.dib.2021.107309

    • 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] Hysteresis of a Tension-Sensitive K+ Channel Revealed by Time-Lapse Tension Measurements2021

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto Masayuki、Oiki Shigetoshi
    • 雑誌名

      JACS Au

      巻: 1 号: 4 ページ: 467-474

    • DOI

      10.1021/jacsau.0c00098

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Conductance selectivity of Na+ across the K+ channel via Na+ trapped in a tortuous trajectory2021

    • 著者名/発表者名
      Mita Kenichiro、Sumikama Takashi、Iwamoto Masayuki、Matsuki Yuka、Shigemi Kenji、Oiki Shigetoshi
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 118 号: 12 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1073/pnas.2017168118

    • NAID

      120006996027

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualizing the osmotic water permeability of a lipid bilayer under measured bilayer tension using a moving membrane method2021

    • 著者名/発表者名
      Yano Keita、Iwamoto Masayuki、Koshiji Takaaki、Oiki Shigetoshi
    • 雑誌名

      Journal of Membrane Science

      巻: 627 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1016/j.memsci.2021.119231

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Physical and Chemical Interplay Between the Membrane and a Prototypical Potassium Channel Reconstituted on a Lipid Bilayer Platform2021

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto Masayuki、Oiki Shigetoshi
    • 雑誌名

      Frontiers in Molecular Neuroscience

      巻: 14 ページ: 1-7

    • DOI

      10.3389/fnmol.2021.634121

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 微小油中水滴を用いた脂質二重膜の張力制御下での水透過性測定とAQP研究への応用2024

    • 著者名/発表者名
      植木美鈴、真木孝尚、岩本真幸
    • 学会等名
      第101回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 接触バブル二重膜法を用いた膜張力クランプ法の開発2024

    • 著者名/発表者名
      松木悠佳、高島政子、岩本真幸、吉田俊之、老木成稔
    • 学会等名
      第101回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 一分子アクアポリン6 のイオン透過は大きな単位コンダクタンスをもち、アニオンとカチオンに対する選択性が変化する2024

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      第101回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Reconstituted lipid bilayers to elucidate physicochemical interactions between ion channels and membranes2023

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Iwamoto
    • 学会等名
      Ion Channel Modulation Symposium (ICMS) 2023 Tokyo
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 一分子計測から推定する水チャネル・アクアポリン6のイオン透過路2023

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      生理研研究会「構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] TRAAKチャネルの特徴的なフリッカーゲーティングは内葉張力によって制御されている2023

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、松木悠佳、吉田俊之、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      日本生物物理学会第61回年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] イオン透過性のアクアポリン6 は大きな単位コンダクタンスをもち、酸性溶液と中性溶液でアニオンとカチオンに対する選択性が変化する2023

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      日本生物物理学会第61回年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Asymmetric manipulation of the lipid bilayer tension revealed an inner leaflet tension dependence in the single TRAAK channel gating2023

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、松木悠佳、吉田俊之、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      第100回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Ion-conducting property of aquaporin 6 in a contact bubble bilayer2023

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      第100回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] The interplay between the membrane thickness and tension on the gating of the KcsA potassium channel2023

    • 著者名/発表者名
      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
    • 学会等名
      第100回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] The functional analysis of human TMEM16F at the single-molecule level2023

    • 著者名/発表者名
      影山哲平、櫻井大雅、清水貴浩、中尾裕之、岩本真幸、藤井拓人、永森收志、中野実、老木成稔、酒井秀紀
    • 学会等名
      第100回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] カリウムイオンチャネルにおけるtrans-leaflet情報伝達2022

    • 著者名/発表者名
      岩本真幸
    • 学会等名
      生理研研究会「構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ion conducting properties of Aquaporin 6 reconstituted in the contact bubble bilayer2022

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      日本生物物理学会第60回年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Concurrent effect of the membrane thickness and tension on the gating of the KcsA potassium channel2022

    • 著者名/発表者名
      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
    • 学会等名
      日本生物物理学会第60回年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Exploring the membrane tension sensing sites in the KcsA potassium channel2022

    • 著者名/発表者名
      植木美鈴、宮腰雅美、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      日本生物物理学会第60回年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 脂質二重膜張力の非対称制御によるカリウムチャネル開閉機構の探究2022

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、植木美鈴、宮腰雅美、松木悠佳、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      生理研研究会「細胞の局所コミュニティ研究会」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] チャネル形成ペプチドpolytheonamide Bと膜との相互作用2022

    • 著者名/発表者名
      松木悠佳、高島政子、岩本真幸、老木成稔
    • 学会等名
      生理研研究会「細胞の局所コミュニティ研究会」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 蛍光標識による KcsAカリウムイオンチャネルの膜曲率依存的な構造変化の評価2022

    • 著者名/発表者名
      植木美鈴、岩本真幸
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] イオン透過性を持つアクアポリン6の膜再構成法によるゲーティング特性の解析2022

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] KcsAカリウムチャネルのチャネル活性と脂質2重膜の膜厚の関係2022

    • 著者名/発表者名
      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Fluorescence detection of membrane curvature-induced structural changes in the KcsA potassium channel2021

    • 著者名/発表者名
      植木美鈴、岩本真幸
    • 学会等名
      日本生物物理学会第59回年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of water permeability of human Aquaporin6 using moving membrane method2021

    • 著者名/発表者名
      真木孝尚、老木成稔、岩本真幸
    • 学会等名
      日本生物物理学会第59回年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Formation of vertical lipid bilayers in nanofluidic channels by contact of reverse micelles2021

    • 著者名/発表者名
      Kawagishi H, Oiki S, Iwamoto M, Xu Y
    • 学会等名
      The 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ナノ流路内逆ミセル接触による脂質二重膜の垂直形成と測定2021

    • 著者名/発表者名
      川岸啓人、老木成稔、岩本真幸、許岩
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第44回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Hysteretic behavior of the tension-dependent gating of the KcsA potassium channel revealed by the dynamic manipulation of membrane tension2021

    • 著者名/発表者名
      岩本真幸、老木成稔
    • 学会等名
      第98回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Relationship between polytheonamide B channel activity and the thickness of lipid bilayers2021

    • 著者名/発表者名
      松木悠佳、岩本真幸、高島政子、老木成稔
    • 学会等名
      第98回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ナノ流路における脂質二重膜の形成と測定法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      川岸啓人、老木成稔、岩本真幸、許岩
    • 学会等名
      生理研研究会「生体コモンスペース研究会」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 膜厚さプローブとしてのpolytheonamide Bチャネル2021

    • 著者名/発表者名
      松木悠佳、高島政子、岩本真幸、老木成稔
    • 学会等名
      生理研研究会「生体コモンスペース研究会」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 動的膜張力操作によるKcsAチャネルゲート開閉特性の研究2020

    • 著者名/発表者名
      岩本真幸、老木成稔
    • 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
  • [学会発表] カリウムチャネル選択性フィルタ内のイオン選択的ダイナミクス2020

    • 著者名/発表者名
      三田建一郎、炭竈享司、岩本真幸、老木成稔
    • 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
  • [備考] 福井大学医学部分子神経科学HP

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書 2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [産業財産権] 脂質二重膜の制御装置、制御プログラム、制御方法、制御システム及び薬剤のスクリーニング方法2021

    • 発明者名
      吉田俊之、老木成稔、岩本真幸
    • 権利者名
      福井大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-014217
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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