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2021 年度 実績報告書

イオンチャネルの動的構造変化の蛍光非天然アミノ酸・遷移金属イオン間FRET解析

研究課題

研究課題/領域番号 20H03424
研究機関生理学研究所

研究代表者

久保 義弘  生理学研究所, 分子細胞生理研究領域, 教授 (80211887)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードイオンチャネル / 受容体 / 動的構造変化
研究実績の概要

Two pore channel (TPC3) の膜電位センサーの動的構造変化に焦点をあて、以下の研究を行った。第2リピートの膜電位センサー上のQ507の位置に蛍光をラベルしたコンストラクトを用いたVoltage Clamp Fluorometry (VCF) 解析により、蛍光変化-膜電位関係のプロットにおいて2つの成分が存在すること、その第2相が第1リピートへのPIP2の結合により左側にシフトすること等を明らかにし、その成果を論文として発表した。
さらに、第2リピートの膜電位センサーの動きの2つの相の詳細等を明らかにするために、膜電位固定下tmFRET法の適用に取り組んだ。まず、donor となる蛍光非天然アミノ酸 (fUAA) を第2リピートの膜電位センサーの細胞外側寄りの各アミノ酸残基に一か所ずつ導入し、最適位置としてSer506もしくは Gln508を選択した。次にacceptorとなるTETAC-Cu2+を結合させるためにCys残基を導入する位置の候補を、構造のホモロジーモデル上で上記fUAAの近傍にあることを条件に検討し、第1リピートの第5膜貫通部位の細胞外側寄り、第2リピートの第3膜貫通部位の細胞外側寄りとすることとした。現在、その中から最適コンストラクトの探索を進めている。
また、膜電位センサーを持たないATP受容体チャネルP2X2の動的構造変化と膜電位依存的ゲーティングの分子基盤に関する、fUAAを用いた膜電位固定下蛍光解析法による研究成果をとりまとめ、論文として発表した。
さらに、Gタンパク質結合型内向き整流性K+チャネルを対象に、Gly156Ser等の病態変異体のイオン選択性の異常が第2のイオン透過路の形成によることを明らかにし、論文として発表した。

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

蛍光非天然アミノ酸等を用いたイオンチャネルの動的構造変化に関する論文を発表した。また、tmFRET法の確立に向けた実験も進展している。

今後の研究の推進方策

TPC3チャネルの膜電位センサーの動的構造変化の2つの相の詳細を明らかにすることを目指し、tmFRET法等の光学解析を用いて研究を推進する。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (6件)

  • [国際共同研究] Univ British Columbia, Vancouver(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      Univ British Columbia, Vancouver
  • [国際共同研究] Sussex Univ(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Sussex Univ
  • [雑誌論文] A novel ion conducting route besides the central pore in an inherited mutant of G-protein-gated inwardly rectifying K + channel2022

    • 著者名/発表者名
      Chen IS, Eldstrom J, Fedida D, Kubo Y.
    • 雑誌名

      Journal of Physiology

      巻: 600 ページ: 603-622

    • DOI

      10.1113/JP282430.

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Phosphoinositide regulates dynamic movement of the S4 voltage sensor in the 2 nd repeat in Two-pore channel 32021

    • 著者名/発表者名
      Hirazawa K, Tateyama M, Kubo Y, Shimomura T.
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 297 ページ: 101425

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2021.101425.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Voltage-clamp fluorometry analysis of structural rearrangements of ATP-gated channel P2X2 upon hyperpolarization2021

    • 著者名/発表者名
      Andriani R, Kubo Y.
    • 雑誌名

      Elife

      巻: 10 ページ: e65822

    • DOI

      10.7554/eLife.65822.

    • 査読あり
  • [学会発表] Voltage-clamp fluorometry analysis of the hyperpolarized-induced structural rearrangements of ATP-gated channel P2X22022

    • 著者名/発表者名
      Rizki Tsari Andriani, Yoshihiro Kubo
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
  • [学会発表] Identification of mechanisms underlying the abnormal ion selectivity induced by gene mutations of GIRK2 channel2022

    • 著者名/発表者名
      I-Shan Chen and Yoshihiro Kubo
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
  • [学会発表] Phosphoinositide-dependent modulation of the structural rearrangements of Two-pore channel 3 evoked by depolarization2022

    • 著者名/発表者名
      Ki-ichi Hirazawa, Michihiro Tateyama, Takushi Shimomura, Yoshihiro Kubo
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
  • [学会発表] Analysis of the relationship between channel opening and position of the second S4 helix in two-pore Na+ channel 32022

    • 著者名/発表者名
      Takushi Shimomura, Ki-ichi Hirazawa, Yoshihiro Kubo
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
  • [学会発表] The 4th transmembrane domain of THIK-1 channel plays critical roles in the regulation of the channel activity2022

    • 著者名/発表者名
      Michihiro Tateyama, Yoshihiro Kubo
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
  • [学会発表] Regulation of muscarinic acetylcholine receptor M2 by Sigma-1 receptor2022

    • 著者名/発表者名
      Chang Liu, I-Shan Chen, Ruth Murrell-Lagnado, Yoshihiro Kubo
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会

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公開日: 2022-12-28  

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