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2022 年度 実績報告書

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
キーワード生体膜 / チャネル / 張力
研究実績の概要

本研究で開発した膜張力実験プラットフォームとリアルタイム張力解析システムを用い、KcsAカリウムイオンチャネルの膜張力依存特性を単一チャネル電流測定により詳細に検討した。これまでに、脂質二重層の単層(リーフレット)ごとの張力操作実験により、KcsAチャネルは細胞質側リーフレットの張力を感知していることが示唆されている。そこで、より詳細な張力感知の分子機序を明らかにするため、変異体を用いて張力感知部位の検討を行った。変異導入部位として、膜貫通ヘリックスに存在するトリプトファンやチロシンに着目し、これらをアスパラギンまたはロイシンに置換した変異体KcsAを作製した。また、細胞質側リーフレット表面に配置すると考えられているアミノ末端の両親媒性ヘリックス(M0)の関与を検討するため、M0削除体も実験に用いた。前年度に確立させた膜曲率依存的構造変化の蛍光検出法により変異体のスクリーニングを行ったところ、膜貫通ヘリックスの細胞質寄りに位置するトリプトファンの変異体とM0削除体において、張力感知への関与をうかがわせる実験結果が得られた。現在、これら変異体について膜張力制御下で単一チャネル電流測定を行い、性質の変化を解析中である。さらに、当初の研究計画には無かったが、当実験システムの汎用性を実証するためにKcsA以外のチャネルにも応用する試みを始めた。対象としたTRAAKチャネルは張力感受性を持つことが明らかにされているが、その分子機序は明らかになっていない。TRAAKに対してもリーフレットごとの張力制御下で単一チャネル電流測定を行い、その影響を解析中である。

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

KcsAチャネルの膜張力感知機構に関する変異体の検討がおおむね予定通りに進んでいる。さらに、当初の計画には無かったが、本研究で開発した張力実験システムをTRAAKチャネルの解析に応用する試みも始め、成果が得られつつある。

今後の研究の推進方策

KcsAチャネルの膜張力感知機構に関しては、スクリーニングにより張力感知部位として候補に挙がった変異体の単一チャネル電流解析を推進し、変異導入による張力依存的なチャネル開閉挙動への影響を評価する。また、本研究で開発した張力実験システムの汎用性を実証するため、KcsAだけでなくTRAAKチャネル研究への応用によっても成果を目指す。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (4件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [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

  • [雑誌論文] Evaluation of the membrane curveture-dependent conformational change of the KcsA potassium channel using a fluorescence porbe2022

    • 著者名/発表者名
      Ueki M, Iwamoto M
    • 雑誌名

      The Journal of Physiological Sciences

      巻: 72 ページ: s85

    • DOI

      10.1186/s12576-022-00851-3

  • [雑誌論文] Gating properties of ion-conductive aquaporin 6 reconstituted in lipid bilayers2022

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

      The Journal of Physiological Sciences

      巻: 72 ページ: s106

    • DOI

      10.1186/s12576-022-00851-3

  • [雑誌論文] Effects of the membrane thickness on the gating of the KcsA potassium channel2022

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

      The Journal of Physiological Sciences

      巻: 72 ページ: s107

    • DOI

      10.1186/s12576-022-00851-3

  • [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
  • [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
  • [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
  • [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
  • [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」
    • 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
  • [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
  • [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
  • [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」
  • [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/

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公開日: 2023-12-25  

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