膜タンパク質の分子機構解明に資する新規赤外分光計測法の開発

• 研究課題/領域番号: 26708002
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 古谷 祐詞 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 准教授 (80432285)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円); 2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2016年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2015年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2014年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 赤外分光法 / イオンチャネル / カリウムチャネル / 膜タンパク質 / イオン－タンパク質相互作用 / 生物物理

研究成果の概要

イオンチャネルやトランスポーター等の膜タンパク質が機能する分子機構を解明するため、イオンや基質との相互作用や機能発現過程での構造変化を定量的もしくは時分割で計測することを可能とする新規赤外分光計測法の開発に取り組んだ。全反射型赤外分光装置に低速溶液交換法および急速溶液交換法を適用する実験系を構築した。カリウムチャネルの高いカリウムイオン選択性に関わるイオン選択フィルターについて、その分子指紋となる赤外吸収バンドの特定に成功したり、カリウムイオン結合に伴う構造変化を反映する赤外吸収バンドの変化を時分割で計測することに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] バレンシア大学(スペイン)
• [国際共同研究] トロント大学(カナダ)
• [国際共同研究] バレンシア大学(スペイン)
• [国際共同研究] トロント大学(カナダ)
• [国際共同研究] バレンシア大学(スペイン)
• [雑誌論文] "In situ" Observation of Role of Chloride Ion Binding to Monkey Green Sensitive Visual Pigment by ATR-FTIR Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Kota Katayama, Yuji Furutani, Masayo Iwaki, Tetsuya Fukuda, Hiroo Imai, and Hideki Kandori
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 20 号: 5 ページ: 3381-3387
  • DOI: 10.1039/c7cp07277e
  • 査読あり
• [雑誌論文] PDMS-Based Microfluidic Device for Infrared-Transmission Spectro-electrochemistry (2018)
  • 著者名/発表者名: Akkapol Suea-Ngam, Monpichar Srisa-Art, and Yuji Furutani
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 728-734
  • DOI: 10.1246/bcsj.20170430
  • NAID: 130006734138
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural properties determining low K+affinity of the selectivity filter in the TWIK1 K+channel (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto Hisao、Higashi Masahiro、Motoki Hideyoshi、Watanabe Hiroki、Ganser Christian、Nakajo Koichi、Kubo Yoshihiro、Uchihashi Takayuki、Furutani Yuji
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 293 号: 18 ページ: 6969-6984
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.001817
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ion-protein interactions of a potassium ion channel studied by attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 雑誌名: Biophys. Rev. 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 235-239
  • DOI: 10.1007/s12551-017-0337-8
• [雑誌論文] A ciliary opsin in the brain of a marine annelid zooplankton is ultraviolet-sensitive, and the sensitivity is tuned by a single amino acid residue. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto H, Chen IS, Kubo Y, Furutani Y
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 292 号: 31 ページ: 12971-12980
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.793539
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Impact of the Polymer Chain Length on the Catalytic Activity of Poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)-supported Gold Nanoclusters (2017)
  • 著者名/発表者名: Haesuwannakij Setsiri、Kimura Tetsunari、Furutani Yuji、Okumura Kazu、Kokubo Ken、Sakata Takao、Yasuda Hidehiro、Yakiyama Yumi、Sakurai Hidehiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-017-10165-9
  • NAID: 120006363291
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into the nucleotide base specificity of P2X receptors. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kasuya G, Fujiwara Y, Tsukamoto H, Morinaga S, Ryu S, Touhara K, Ishitani R, Furutani Y, Hattori M, Nureki O.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 7 号: 1 ページ: 45208-45208
  • DOI: 10.1038/srep45208
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 光誘起赤外差分光法による微生物型ロドプシンのイオン輸送機構の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 雑誌名: 日本レーザー医学会誌 巻: 36 ページ: 460-465
  • NAID: 130005966857
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple and Rapid Fabrication of PDMS Microfluidic Devices Compatible with FTIR Microspectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Monpichar Srisa-Art and Yuji Furutani
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 89 号: 2 ページ: 195-202
  • DOI: 10.1246/bcsj.20150357
  • NAID: 130005125593
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Live-cell single-molecule imaging of the cytokine receptor MPL for analysis of dynamic dimerization (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Sakamoto, Takashi Tsukamoto, Yuji Furutani, Yuki Sudo, Kazuyuki Shimada, Akihiro Tomita, Hitoshi Kiyoi, Takashi Kato and Takashi Funatsu
  • 雑誌名: J. Mol. Cell Biol. 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chimeras of Channelrhodopsin-1 and -2 from Chlamydomonas reinhardtii Exhibit Distinctive Light-induced Structural Changes from Channelrhodopsin-2. (2015)
  • 著者名/発表者名: Asumi Inaguma, Hisao Tsukamoto, Hideaki E. Kato, Tetsunari Kimura, Toru Ishizuka, Satomi Oishi, Hiromu Yawo, Osamu Nureki, Yuji Furutani
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 290 号: 18 ページ: 11623-11634
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.642256
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Specific interactions between alkali metal cations and the KcsA channel studied using ATR-FTIR spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Furutani, H. Shimizu, Y. Asai, S. Oiki, H. Kndori
  • 雑誌名: Biophysics and Physicobiology 巻: 12 号: 0 ページ: 37-45
  • DOI: 10.2142/biophysico.12.0_37
  • NAID: 130005098800
  • ISSN: 2189-4779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New insights into metal ion-crown ether complexes revealed by SEIRA spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshiya Inokuchi, Takayuki Ebata, Toshiaki Ikeda, Takeharu Haino, Tetsunari Kimura, Hao Guo, Yuji Furutani
  • 雑誌名: New Journal of Chemistry 巻: 39 号: 11 ページ: 8673-8680
  • DOI: 10.1039/c5nj01787d
  • NAID: 120005829506
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Retinal attachment instability is diversified among mammalian melanopsins (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tsukamoto, Y. Kubo, D.L. Farrens, M. Koyanagi, A. Terakita, Y. Furutani
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 290 号: 45 ページ: 27176-27187
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.666305
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Infrared spectroscopic studies on the V-ATPase (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori*, Y. Furutani, T. Murata
  • 雑誌名: Biochim. Biophys Acta 巻: 1847 号: 1 ページ: 134-141
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2014.07.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-assembly of the chaperonin GroEL nanocage induced at submicellar detergent (2014)
  • 著者名/発表者名: Jin Chen, Hisashi Yagi, Yuji Furutani, Takashi Nakamura, Asumi Inaguma, Hao Guo, Yan Kong, Yuji Goto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1 ページ: 5614-5614
  • DOI: 10.1038/srep05614
  • NAID: 120006557631
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Attenuated total reflectance spectroscopy with chirped-pulse upconversion (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Shirai, C. Duchesne, Y. Furutani, and T. Fuji
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 22 号: 24 ページ: 29611-29616
  • DOI: 10.1364/oe.22.029611
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] "Hydrogen-bonding changes of internal water molecules upon the actions of microbial rhodopsins studied by FTIR spectroscopy " (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Furutani, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1837 号: 5 ページ: 598-605
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2013.09.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] 急速緩衝液交換法による時間分解全反射赤外分光法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞、木村哲就、岡本基土
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 54 ページ: 272-275
  • NAID: 130004693957
  • 査読あり
• [雑誌論文] 赤外分光法による膜タンパク質の分子機構研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 雑誌名: Molecular Science 巻: 8
  • NAID: 130004688035
  • 査読あり
• [学会発表] Interactions of potassium ion channels with alkali metal cations and their relevance to the K+ selectivity studied by infrared spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 学会等名: Mini international workshop “Interhierarchical understanding of materials and life through molecular observation”
  • 招待講演
• [学会発表] Time-resolved FTIR spectroscopy on microbial rhodopsins and other membrane proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 学会等名: International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
  • 招待講演
• [学会発表] Application of infrared spectroscopy to study the ion selectivity of potassium ion channels (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 学会等名: The 6th Asian Spectroscopy Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 全反射赤外分光法によるカリウムチャネルTWIK-1のイオン選択フィルター構造とアルカリ金属イオンとの相互作用解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 塚本寿夫、中條浩一、久保義弘、古谷祐詞
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] Amide I vibrations could be fingerprints of ion-protein interactions of potassium ion channels with alkali metal cations (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani and Hisao Tsukamoto
  • 学会等名: The 9th Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences: Experiments and Simulations
  • 発表場所: Commodore Hotel, Gyeongju, Korea
  • 年月日: 2016-11-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] PDMSマイクロ流路を用いた電気化学計測と可視・赤外分光法の融合的アプローチ (2016)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞、Akkapol Suea-Ngam
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] オプトジェネティクスで活躍する微生物型ロドプシンの分子機構研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 学会等名: 生化学若い研究者の会 第56回生命科学夏の学校
  • 発表場所: 旅館かつら（宮城県白石市）
  • 年月日: 2016-08-26
  • 招待講演
• [学会発表] 赤外分光計測によるカリウムチャネルのイオン選択機構の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 学会等名: 第1回イオンチャネル研究会～チャネルどんたく～
  • 発表場所: 福岡大学病院（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2016-07-07
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Mechanisms of Retinal Proteins with Involvement of Water Molecules Studied by Light-Induced Difference Infrared Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 学会等名: 26th IUPAC International Symposium on Photochemistry
  • 発表場所: Osaka City Central Public Hall (Osaka, Osaka Pref.)
  • 年月日: 2016-04-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ion-Protein Interactions between a Potassium Channel and Alkali Metal Cations Studied by ATR-FTIR Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 学会等名: 60th Annual Meeting of Biophysical Society (selected as a Platform Talk)
  • 発表場所: Los Angeles, California, USA
  • 年月日: 2016-03-01
  • 国際学会
• [学会発表] 時間分解赤外分光法を用いた熱耐性ロドプシンTRの光反応解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒井邦巧、塚本卓、本田尚也、須藤雄気、古谷祐詞
  • 学会等名: 日本生物物理学会中部支部講演会
  • 発表場所: 愛知県岡崎市（岡崎コンファレンスセンター）
  • 年月日: 2016-02-29
• [学会発表] The molecular mechanisms of ion channel proteins studied by stimulus-induced difference FT-IR spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 学会等名: Pure and Applied Chemistry International Conference (PACCON) 2016, The 4th CU-IMS Symposium
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2016-02-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 時間分解赤外分光計測による好熱性ロドプシンTRの光反応解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 黒井邦巧、塚本卓、本田尚也、須藤雄気、古谷祐詞
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京都目黒区大岡山（東京工業大学）
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 赤外分光法によるレチナールタンパク質の機能発現機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 学会等名: 第29回カロテノイド研究談話会
  • 発表場所: 東京都八王子市（首都大学東京）
  • 年月日: 2015-09-04
  • 招待講演
• [学会発表] Infrared Difference Spectroscopy is a Key Technique for Deciphering the Molecular Mechanisms of Ion Pump and Channel Proteins (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 学会等名: OIIB (Okazaki Institute for Integrative Bioscience) Summer School 2015
  • 発表場所: 愛知県岡崎市（岡崎コンファレンスセンター）
  • 年月日: 2015-08-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] イオンチャネルの分子機構解明への赤外分光解析による挑戦 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 学会等名: 分子研研究会「膜タンパク質内部のプロトン透過を考える」
  • 発表場所: 愛知県岡崎市（岡崎コンファレンスセンター）
  • 年月日: 2015-04-20
  • 招待講演
• [学会発表] Structural Changes of Membrane Proteins Studied by Difference FTIR Spectroscopy; Microbial Rhodopsins and Potassium Ion Channels (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 学会等名: 16th International Conference on Retinal Proteins
  • 発表場所: Nagahama Royal Hotel, Nagahama, Shiga
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] ATR-FTIR spectroscopic analyses of interaction modes underlying unique ion selectivity of a two-pore domain potassium channel TWIK-1 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hisao Tsukamoto, Koichi Nakajo, Yoshihiro Kubo, Yuji Furutani
  • 学会等名: The 52nd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan (BSJ2014)
  • 発表場所: Sapporo Convention Center, Sapporo, Hokkaido
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 赤外分光法による膜タンパク質の動作機構研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 学会等名: 第8回分子科学討論会 奨励賞受賞講演
  • 発表場所: 広島県東広島市（広島大学）
  • 年月日: 2014-09-24
  • 招待講演
• [学会発表] 赤外分光法による膜タンパク質研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 学会等名: 岡山大学大学院医歯薬学総合研究科 第３回生体物理化学セミナー
  • 発表場所: 岡山県岡山市（岡山大学）
  • 年月日: 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] 赤外分光法による膜タンパク質の動作機構研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 学会等名: 大阪大学生命機能研究科 FBSコロキウム
  • 発表場所: 大阪府吹田市（大阪大学）
  • 年月日: 2014-06-18
  • 招待講演
• [学会発表] Protein-ion interactions of membrane proteins studied by Fourier-transform infrared spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 学会等名: 18th East Asian Workshop on Chemical Dynamics
  • 発表場所: Busan, Republic of Korea
  • 年月日: 2014-05-19 – 2014-05-21
  • 招待講演
• [図書] 光と生命の事典(「75 菌類のロドプシン」、第3章光の情報利用 3.1 光環境応答) (2016)
  • 著者名/発表者名: 古谷祐詞
  • 総ページ数: 422
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] Optogenetics -Light-Sensing Proteins and Their Applications- (Chapter 5 "Molecular Mechanisms for Ion Transportation of Microbial Rhodopsins Studied by Light-induced Difference FTIR Spectroscopy") (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuji Furutani
  • 総ページ数: 409
  • 出版者: Springer
• [備考] 分子科学研究所生命・錯体分子科学研究領域生体分子情報研究部門 准教授 古谷祐詞
  • URL: https://groups.ims.ac.jp/organization/furutani_g/
• [備考] 分子科学研究所生命・錯体分子科学研究領域生体分子情報研究部門 准教授 古谷祐詞
  • URL: https://groups.ims.ac.jp/organization/furutani_g/index.html
• [備考] 分子科学研究所生命・錯体分子科学研究領域生体分子情報研究部門 准教授 古谷祐詞
  • URL: https://groups.ims.ac.jp/organization/furutani_g/
• [備考] 分子科学研究所 研究者詳細 准教授 古谷祐詞
  • URL: https://www.ims.ac.jp/research/assoc/furutani.html
• [備考] 分子科学研究所 生命・錯体分子科学研究領域 生体分子情報研究部門 准教授 古谷祐詞
  • URL: http://groups.ims.ac.jp/organization/furutani_g/