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細胞膜近傍局所pHを指標とした弱い相互作用の解析

公募研究

研究領域マテリアルシンバイオシスための生命物理化学
研究課題/領域番号 21H05532
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関九州工業大学

研究代表者

森本 雄祐  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (50631777)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード細胞膜 / 相互作用 / 細胞内pH
研究開始時の研究の概要

生細胞内における膜近傍の環境がどのような状態にあるのかを1細胞局所レベルで計測できる手法はほとんど存在しない。膜タンパク質の基質との弱い相互作用機構を正確に知るためには、膜タンパク質が細胞膜近傍においてどのようなイオン環境に存在しているかを知る必要がある。そこで本研究課題では、細胞機能に必須の構成要素である膜タンパク質が存在する局所的な環境を正確に把握するために、細胞膜近傍の局所的な細胞内pHを計測可能な技術を確立させる。

研究実績の概要

細胞内はさまざまなイオンやタンパク質が混在していることから、タンパク質相互作用へのイオンの影響を調べる手段としては、生体外の実験系が有力な手法として主に用いられているのが現状である。また、膜タンパク質の基質との弱い相互作用機構を正確に知るためには、膜タンパク質が細胞膜近傍においてどのようなイオン環境に存在しているかを知る必要がある。しかし、生細胞内における膜近傍の環境がどのような状態にあるのかを1細胞局所レベルで計測できる手法はほとんど存在しない。そこで本研究課題では、細胞機能に必須の構成要素である膜タンパク質が存在する局所的な環境を正確に把握するために、細胞膜近傍の局所的なイオン濃度、特に細胞内pHを1細胞局所で計測可能なナノpHメーター技術の確立を進めた。これまでの結果から、pHプローブタンパク質を様々な膜タンパク質と結合させてバクテリアの細胞質膜に局在させたとき、膜貫通領域とpHプローブの間に挟まれるドメインサイズの見積もりにより、細胞膜直下では細胞質全体よりもpHが0.2ユニットほど高く、細胞膜から細胞の中心部に向かうほど徐々に細胞質全体の値に近づくpH勾配が形成されていることが示唆された。バクテリア内での計測精度を高めるとともに、これまでに確立した計測系が、真核細胞においても機能するかの検証を進めている。さらに、高イオン濃度条件で生育、発生が可能な真核細胞株の単離により、幅広いイオン濃度での生細胞計測が可能となった。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Measurements of the Ion Channel Activity of the Transmembrane Stator Complex in the Bacterial Flagellar Motor2023

    • 著者名/発表者名
      Morimoto Yusuke V.、Minamino Tohru
    • 雑誌名

      Methods in molecular biology

      巻: 2646 ページ: 83-94

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-3060-0_8

    • ISBN
      9781071630594, 9781071630600
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Light dependent synthesis of a nucleotide second messenger controls the motility of a spirochete bacterium2022

    • 著者名/発表者名
      Xu Jun、Koizumi Nobuo、Morimoto Yusuke V.、Ozuru Ryo、Masuzawa Toshiyuki、Nakamura Shuichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 6825-6825

    • DOI

      10.1038/s41598-022-10556-7

    • 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] Calcium responses to external mechanical stimuli in the multicellular stage of Dictyostelium discoideum2022

    • 著者名/発表者名
      Hashimura Hidenori、Morimoto Yusuke V.、Hirayama Yusei、Ueda Masahiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 12428-12428

    • DOI

      10.1038/s41598-022-16774-3

    • 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] Activation mechanism of the bacterial flagellar dual-fuel protein export engine2022

    • 著者名/発表者名
      Minamino Tohru、Kinoshita Miki、Morimoto Yusuke V.、Namba Keiichi
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 19 号: 0 ページ: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v19.0046

    • ISSN
      2189-4779
    • 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
  • [学会発表] Measurement of proton motive force utilized by bacteria in the single cell2023

    • 著者名/発表者名
      Morimoto Yusuke
    • 学会等名
      1st Material Symbiosis International Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] バクテリアの膜電位揺らぎの解析手法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      竹森 健太, 森本 雄祐
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バクテリアの膜電位揺らぎ解析手法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      竹森 健太, 森本 雄祐
    • 学会等名
      第64回 日本顕微鏡学会 九州支部集会・学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] シグナル伝達機構解明のための巨大化細胞の利用2022

    • 著者名/発表者名
      林田幸久,森本雄祐
    • 学会等名
      2022年生体運動研究合同班会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] バクテリアべん毛関連タンパク質の光操作ツールへの応用2022

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐
    • 学会等名
      2021年度べん毛研究交流会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 細胞性粘菌における細胞内c-di-GMPシグナルの解析2021

    • 著者名/発表者名
      井手捷人, 森本雄祐
    • 学会等名
      日本細胞性粘菌学会第11回例会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 細胞性粘菌の飢餓状態におけるレチナールの作用2021

    • 著者名/発表者名
      秋山一樹, 森本雄祐
    • 学会等名
      日本細胞性粘菌学会第11回例会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] サルモネラのべん毛運動と走化性2021

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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