１分子計測法によるチャネルタンパクのゲーティングダイナミクスの研究

• 研究課題/領域番号: 22370059
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 岡山大学 (2013-2014); 光産業創成大学院大学 (2011-2012); 独立行政法人理化学研究所 (2010)
• 研究代表者: 井出 徹 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (60231148)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2012年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2011年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2010年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
• キーワード: １分子計測(SMD) / 生物物理学 / イオンチャネル / １分子計測 / 単一チャネル電流 / 人工膜 / 蛍光 / 1分子計測

研究成果の概要

イオンチャネルタンパクの活性発現に伴う構造変化を解明するために、単一チャネルの電気・光学的同時計測システムを開発した。これを用いて、阻害剤のチャネルタンパクへの結合解離と機能変化を1分子レベルで電気的・光学的に同時計測した。装置開発の過程に於いて、新しいチャネル電流測定法の開発に成功し、センサーデバイスの開発に応用した。さらに、巨視的的手法を用いて、カリウムチャネルの構造変化と機能変化の関係を解明した。

研究成果

• [雑誌論文] A single amino acid gates the KcsA channel. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano, M, Okuno, D, Onishi, Y, Ide, T.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 450(4) 号: 4 ページ: 1537-1540
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.07.032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Automated Parallel Recordings of Topologically Identified Single Ion Channels. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawano R, Tsuji Y, Sato K, Osaki T, Kamiya K, Hirano M, Ide T, Miki N, Takeuchi S.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 号: 1 ページ: 1955-1955
  • DOI: 10.1038/srep01995
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Uncovering the Protein Translocon at the Chloroplast Inner Envelope Membrane (2013)
  • 著者名/発表者名: Shingo Kikuchi
  • 雑誌名: SCIENCE 巻: 339 号: 6119 ページ: 571-574
  • DOI: 10.1126/science.1229262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lab on a Chip (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Oyama
  • 雑誌名: A glass fiber sheet-based electroosmotic lateral flow immunoassay for point of care testing. 巻: 12 号: 24 ページ: 5155-5159
  • DOI: 10.1039/c2lc40994a
  • 査読あり
• [雑誌論文] 「ちから」でイオンチャネルの機能を制御する (2012)
  • 著者名/発表者名: 井出徹
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 52 ページ: 289-290
  • NAID: 10031126103
• [雑誌論文] Direct Manipulation of a Single Potassium Channel Gate with an Atomic Force Microscope Probe (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Kitta, T.Ide, M.Hirano, H.Tanaka, T.Yanagida, T.Kawai
  • 雑誌名: Small 巻: 7(16) 号: 16 ページ: 2379-2383
  • DOI: 10.1002/smll.201002337
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of the KcsA channel cytoplasimic domain in pH-dependent gating (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Hirano, Y.Onishi, T.Yanagida, T.Ide
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 101(9) 号: 9 ページ: 2157-2162
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2011.09.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Channels formed by amphotericin B covalent dimers exhibit rectification (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Hirano, Y.Takeuchi, N.Matsumori, M.Murata, T.Ide
  • 雑誌名: J Membr Biol 巻: 240 号: 3 ページ: 159-164
  • DOI: 10.1007/s00232-011-9354-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rearrangements in the KcsA cytoplasmic domain underlie its gating. (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirano Minako
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 285 ページ: 3777-3783
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single channel properties of lysenin measured in artificial lipid bilayers and their applications to biomolecule detection. (2010)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Aoki
  • 雑誌名: Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci 巻: 86 ページ: 920-925
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous optical and electrical recording of single drug bonding to single ion channel proteins. (2010)
  • 著者名/発表者名: Ide T.
  • 雑誌名: ChemPhysChem 巻: 11 ページ: 3408-3411
  • 査読あり
• [学会発表] A simple method for lipid bilayer formation using a fine gold electrode. (2015)
  • 著者名/発表者名: Daichi Okuno, Minako Hirano, Hiroaki Yokota, Tomotaka Komori, Yukiko Onishi, Toshio Yanagida, Toru Ide
  • 学会等名: The Joint symposium of 9th International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics, and 6th International Workshop on Nanostructures & Nanoelectronics
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2015-03-02
  • 招待講演
• [学会発表] Simple method for lipid bilayer formation with simultaneous incorporation of ion channels using gold electrode. (2014)
  • 著者名/発表者名: Daichi Okuno, Minako Hirano, Hiroaki Yokota, Tomotaka Komori, Yukiko Onishi, Toshio Yanagida, Toru Ide
  • 学会等名: The 52nd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Modifications of ion channel function. The 52nd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan (2014)
  • 著者名/発表者名: Minako Hirano, Daichi Okuno, Yukiko Onishi, Hiroaki Yokota, Toru Ide
  • 学会等名: The 52nd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Development of the line confocal system for the single molecule tracking of fast folding dynamics of proteins. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Munehito Arai, Atsuhito Fukasawa, Hiroaki Yokota, Toru Ide, Satoshi Takahashi
  • 学会等名: The 52nd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] The KcsA channel cytoplasmic domain effects on the inactivation gating (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hirano
  • 学会等名: Biophysical Society 57th Annual Meeting
  • 発表場所: Philadelphia
• [学会発表] チャネルタンパクの1分子計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井出徹
  • 学会等名: JSTさきがけ「ナノテク融合」領域懇話会
  • 発表場所: 金沢市(石川県)
  • 年月日: 2012-01-13
• [学会発表] Reconstitution of ion channel into lipid bilayer using glass needle. (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Okuno
  • 学会等名: The 50th annual meeting of the biophysical society of Japan
  • 発表場所: Nagoya Univ.
• [学会発表] Single molecule imaging of bio-molecules. (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Ide
  • 学会等名: The 14th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
  • 発表場所: Shizuoka Univ.
  • 招待講演
• [学会発表] The KcsA channel cytoplasmic domain effects on the inactivation gating (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hirano
  • 学会等名: The 50th annual meeting of the biophysical society of Japan
  • 発表場所: Nagoya Univ.
• [学会発表] チャネルタンパクの1分子計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井出徹
  • 学会等名: 遺伝研バイオロジカルシンポジウム
  • 発表場所: 遺伝研(静岡県)
  • 年月日: 2011-12-07
• [学会発表] Mechanism for opening and closing by the KcsA channel (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Hirano, Y.Onishi, T.Yanagida, T.Ide
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Direct Manipulation of a Single Potassium Channel Gate with an Atomic Force Microscope Probe (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Ide, M.Hirano, D.Okuno, M.Kitta
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] The KcsA channel opening and closing mechanism (2011)
  • 著者名/発表者名: Minako Hirano
  • 学会等名: QBiC Retreat 2011 : How to achieve "Whole Cell Modeling"
  • 発表場所: ゆにとぴあ篠山(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-10
• [学会発表] イオンチャネルタンパクの1分子計測・操作法の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井出徹
  • 学会等名: 静岡大学ナノバイオ科学講演会
  • 発表場所: 静岡大学(静岡県)
  • 年月日: 2011-07-28
• [学会発表] 蛍光色素を利用したイオンチャネルの開閉機構の可視化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平野美奈子
  • 学会等名: 新学術領域研究「細胞機能と分子活性の多次元蛍光生体イメージング」第1回研究代表者会議
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2011-06-30
• [学会発表] The role of the cytoplasmic domain in pH-dependent gating by the Kcs A channel (2011)
  • 著者名/発表者名: Minako Hirano
  • 学会等名: Biophysical Society 55th Annual Meeting
  • 発表場所: Baltimore, Maryland US
  • 年月日: 2011-03-07
• [学会発表] The role of the cytoplasmic domain in pH-dependent gating by the KcsA channel (2010)
  • 著者名/発表者名: Minako Hirano
  • 学会等名: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions, The 4rd International Symposium
  • 発表場所: 滋賀県大津市
  • 年月日: 2010-12-01
• [学会発表] The role of the cytoplasmic domain in pH-dependent gating by the Kcs A channel (2010)
  • 著者名/発表者名: Minako Hirano
  • 学会等名: GCOE/Structural Biology Research Center International Symposium
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2010-11-23
• [学会発表] The role of the cytoplasmic domain in pH-dependent gating by the Kcs A channel (2010)
  • 著者名/発表者名: 平野美奈子
  • 学会等名: 第48回 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] 可視1分子計測によるチャネルたんぱく質の分子内運動計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 井出徹
  • 学会等名: 第30回表面科学学術講演会・第51回真空に関する連合講演会合同講演会
  • 発表場所: 大阪府吹田市
  • 年月日: 2010-09-04
• [学会発表] Kチャネルゲートの1分子操作 (2010)
  • 著者名/発表者名: 井出徹
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会 蛋白質1分子内部運動と機能発現
  • 発表場所: 北海道札幌市
  • 年月日: 2010-06-17
• [学会発表] Coordination between the cytoplasmic domain and the inactivation gate in the KcsA channel
  • 著者名/発表者名: M. Hirano, Y. Onishi, D. Okuno, T. Ide
  • 学会等名: 第51回 日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] Reconstitution of ion channel immobilized on solid support into lipid bilayer
  • 著者名/発表者名: D. Okuno, M. Hirano, Y. Onishi, T. Ide
  • 学会等名: 第51回 日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] 膜タンパクの１分子計測・操作
  • 著者名/発表者名: 井出徹
  • 学会等名: 高分子学会・バイオ高分子研究会
  • 発表場所: 蒲郡
  • 招待講演
• [図書] 細胞工学8月号 “明らかになった葉緑体のトランスロコン” (2013)
  • 著者名/発表者名: 菊池 真吾, 平野 美奈子, 井出 徹, 中井 正人
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 学研メディカル秀潤社
• [図書] Cell Signaling Reactions : Single-Molecular Kinetic Analysis(Simultaneous optical and electrical recording of single drug bindings to single ion channel proteins.)(Ed.by Y.Sako and M.Ueda) (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Ide
  • 総ページ数: 14
  • 出版者: Springer