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2017 年度 実施状況報告書

膜脂質によるイオンチャネル開閉制御の分子基盤を探る

研究課題

研究課題/領域番号 17K07360
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, 助教 (40452122)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードチャネル / 膜 / 脂質
研究実績の概要

細胞膜を貫通したイオン専用の移動路を形成するイオンチャネル蛋白質は、細胞機能に必須の膜電位形成のみならず、神経伝達物質の放出や筋収縮を引き起こすなど、その役割は広範に及ぶ。イオンチャネルの活性(移動路の開閉)は細胞内外からの様々な刺激によって制御されるが、存在場所の細胞膜の脂質組成が活性を左右することも定性的に知られてきた。本研究では、イオンチャネル活性に対する細胞膜脂質の効果を定量的に解析し、これまで明らかにされていない脂質効果の分子メカニズム解明を目指し、細胞膜脂質組成の時空間的変化が活性制御に寄与する可能性について検討する。
定量的解析には、膜脂質組成を厳密に制御・変動させつつチャネル活性を解析する必要があるが、今年度は過去に報告した独自の人工膜実験法(CBB法)を応用し、膜脂質組成を瞬時に変更する手法を開発した。CBB法で形成される脂質二重膜は、内部の疎水性領域が膜の末端で開放されている特徴がある。この点に着目し、脂質などの疎水性物質を開放部から膜内部に直接灌流する方法を試みた。実際に開放部に向けてコレステロールを灌流したところ、それが瞬時に脂質二重膜に組み込まれることが確認できた。また脂質のみならず、細胞膜に作用する疎水性の高い抗生物質も同様の灌流で膜に組み込むことができた。今回開発した「膜灌流」という新しい発想に基づく膜実験法は、膜脂質組成の動的側面とその生理的意義の解明、さらには、細胞膜に作用する様々な内・外因性化合物の作用メカニズムへのアプローチといった研究への応用が期待できる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究を推進していくための基盤的な実験システムを予定通り開発でき、実際にイオンチャネルを用いてデータ取得が可能であることが示されたため。

今後の研究の推進方策

開発した膜実験システムを応用し、研究計画通りイオンチャネルを様々な膜環境に置いて基本特性に対する影響を定量的に評価する。必要に応じてイオンチャネルに変異を導入し、膜脂質とチャネルの相互作用がどのようなメカニズムで起きているのか検討を進める。

次年度使用額が生じた理由

平成29年度の消耗品の使用量が想定よりも少なかったため。その分の消耗品は平成30年度以降に必要となる見込みである。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Lipid Bilayers Manipulated through Monolayer Technologies for Studies of Channel-Membrane Interplay2018

    • 著者名/発表者名
      Oiki S, Iwamoto M
    • 雑誌名

      Biological and Pharmaceutical Bulletin

      巻: 41 ページ: 303-311

    • DOI

      10.1248/bpb.b17-00708

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Concurrent In Vitro Synthesis and Functional Detection of Nascent Activity of the KcsA Channel under a Membrane Potential2018

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto M, Elfaramawy MA, Yamatake M, Matsuura T, Oiki S
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 7 ページ: 1004-1011

    • DOI

      10.1021/acssynbio.7b00454

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thylakoid membranes contain a non-selective channel permeable to small organic molecules2018

    • 著者名/発表者名
      Kojima S, Iwamoto M, Oiki S, Tochigi S, Takahashi H
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1074/jbc.RA118.002367

  • [雑誌論文] Membrane tension-assisted gating of the KcsA potassium channel revealed by the membrane sterol effects2018

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto M, Oiki S
    • 雑誌名

      The Journal of Physiological Sciences

      巻: 68 suppl ページ: s113

  • [雑誌論文] Membrane Perfusion of Hydrophobic Substances Around Channels Embedded in the Contact Bubble Bilayer2017

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto M, Oiki S
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 6857

    • DOI

      10.1038/s41598-017-07048-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Channel Formation and Membrane Deformation via Sterol-Aided Polymorphism of Amphidinol 32017

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto M, Sumino A, Shimada E, Kinoshita M, Matsumori N, Oiki S
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 10782

    • DOI

      10.1038/s41598-017-11135-x

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 脂質平面膜とパッチクランプのハイブリットとしてのCBB(接触液胞2重膜)法2017

    • 著者名/発表者名
      岩本真幸,老木成稔
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 57 ページ: 313-317

    • DOI

      10.2142/biophys.57.313

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Method for rapid perfusion of hydrophobic substances into lipid bilayer and its application for ion channel studies2018

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto M, Oiki S
    • 学会等名
      Biophysical Society 62th Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 膜ステロール効果の解析から明らかになったKcsAカリウムチャネル開閉に対する膜張力の寄与(Membrane tension-assisted gating of the KcsA potassium channel revealed by the membrane sterol effects)2018

    • 著者名/発表者名
      岩本真幸、老木成稔
    • 学会等名
      第95回日本生理学会大会
  • [学会発表] 膜脂質組成とKcsAチャネル開閉2017

    • 著者名/発表者名
      岩本真幸
    • 学会等名
      第2回 イオンチャネル研究会
  • [学会発表] 脂質二重膜がカリウムチャネル開閉に及ぼす多様な影響(Specific and non-specific actions of membrane lipids on the gating of the potassium channel)2017

    • 著者名/発表者名
      岩本真幸、老木成稔
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会 シンポジウム「いろんなスケールで働く膜タンパク質の作動原理:実験と理論の新展開
    • 招待講演
  • [備考] 福井大学医学部分子生理学(生理学1)研究室

    • URL

      http://seiri1.med.lab.u-fukui.ac.jp/

  • [産業財産権] 脂質二重膜形成器2017

    • 発明者名
      老木成稔、岩本真幸
    • 権利者名
      国立大学法人福井大学
    • 産業財産権種類
      意匠
    • 産業財産権番号
      意匠登録第1585803号

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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