Lateral biasに基づく革新的膜タンパク質機能解析場の構築

基于横向偏倚的创新膜蛋白功能分析场构建

基本信息

批准号：
20K20550
负责人：
平野愛弓
金额：
$ 16.56万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20550/
关键词：
膜タンパク質機能解析脂質二分子膜 Lateral bias 微細加工技術

项目摘要

我々はこれまで，電位依存性Naチャネルが示す膜貫通電流やフラーレン誘導体(PCBM)含有膜が示す膜貫通方向の光誘起電流が，Lateral biasの印加によって，ともに増大する現象を報告してきた（Faraday Discuss., 2022; Membranes, 2022）．1940年代の電圧固定法の発明以来，イオンチャネル等の膜タンパク質の機能評価は，膜貫通方向の電圧印加による開孔確率の制御に基づいてきたが，そこにLateral biasが導入されることにより，パッチクランプ法のみに頼ってきた膜タンパク質の機能評価の現場に新機軸が生まれる可能性がある．しかし，Lateral biasの印加から膜貫通電流の増大に至るメカニズムは不明であり，その展開の障壁となっていた．2022年度は，前年度に立ち上げた脂質二分子膜の蛍光イメージング観測系を用いて，種々の膜物性に対するLateral biasの作用の定量的評価を進め，そのメカニズムの概要を明らかにした（投稿準備中）．その過程において，Lateral biasを印加するための電極材料として用いていたチタン（Ti）がTiO2へと酸化しやすく，電圧印加に伴って接触抵抗が増大してしまうという課題も判明したため，酸化しにくい金属材料を用いた電極プロセスについても検討し，電極の長寿命化を試みた．また，Lateral biasによって誘起されたチャネル電流の解析法として，ユーザー入力不要の適応的解析アルゴリズムを開発し，新規な自動解析手法として提案した（投稿中）．一方，イオンチャネルは神経信号伝達におけるキープレイヤーでもあるため，本研究では，神経細胞膜中のイオンチャネルに対する新しい刺激電極(J. Nanotechnol., 2022)や記録法の開発(Front. Neurosci., 2023)についても検討を行った．

我们之前报道过，电压门控Na通道表现出的跨膜电流和含富勒烯衍生物（PCBM）的膜表现出的跨膜方向光生电流都随着横向偏压的应用而增加（Faraday Discuss.，2022；Membranes， 2022）。自20世纪40年代电压钳法发明以来，离子通道等膜蛋白的功能评价一直基于通过跨膜方向施加电压来控制孔打开概率，但随着横向偏压的引入，有可能膜蛋白功能评估领域将出现一项新的创新，该领域仅依赖膜片钳方法。然而，由于施加横向偏压导致跨膜电流增加的机制尚不清楚，这一直是其发展的障碍。 2022财年，我们利用前一年推出的脂质双层膜荧光成像观察系统，定量评估了横向偏差对各种膜特性的影响，并阐明了其机制的轮廓（投稿准备中）。在此过程中，我们发现用作施加横向偏压的电极材料的钛（Ti）很容易被氧化成TiO2，并且接触电阻随着电压的施加而增加，使得电极难以氧化。使用金属材料进行工艺并尝试延长电极的寿命。此外，作为分析横向偏置引起的通道电流的方法，我们开发了一种不需要用户输入的自适应分析算法，并将其作为一种新的自动分析方法（目前正在提交）。另一方面，由于离子通道也是神经信号传递的关键参与者，因此本研究将重点开发离子通道的新型刺激电极（J. Nanotechnol., 2022）和记录方法（Front. Neurosci., 2023）我们也考虑过。