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研究活動

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神経機能素子研究部門

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研究部門メンバー

イオンチャネル・受容体・Gタンパク質の分子機能のメカニズムと動的構造機能連関に関する研究

 イオンチャネル,受容体,G蛋白質等の膜関連蛋白は,神経細胞の興奮性とその調節に重要な役割を果たし,脳機能を支えています。本研究部門では,これらの神経機能素子を対象として,生物物理学的興味から「その精妙な分子機能のメカニズムと動的構造機能連関についての研究」に取り組み,また,神経科学的興味から「各素子の特性の脳神経系における機能的意義を知るための脳スライス・個体レベルでの研究」を目指しています。
 具体的には,分子生物学的手法により,神経機能素子の遺伝子の単離,変異体の作成,蛍光蛋白やマーカーの付加等を行い, アフリカツメガエル卵母細胞,HEK293細胞等の遺伝子発現系に再構成し,二電極膜電位固定法、パッチクランプ等の電気生理学的手法,細胞内Ca2+イメージング、全反射照明下でのFRET計測や単一分子イメージングによるサブユニットカウント、蛍光非天然アミノ酸を用いた膜電位固定下蛍光強度変化測定等の光生理学的手法,細胞生物学的手法により,その分子機能や動的構造変化を解析しています。また,外部研究室との連携により,構造生物学的アプローチ,遺伝子改変マウスの作成と行動生理学的解析も進めています。
 主たる研究対象分子は、Two pore型 Na+ チャネル (TPC)、G蛋白質結合型内向き整流性K+チャネル (GIRK)、hERG K+ チャネル、P2X2 ATP受容体チャネル、シグマ-1受容体 (Sig-1R)、オーファン受容体Prrt3を含む種々のGタンパク質結合型受容体等です。また、共同利用研究として、TRPA1チャネル、Kv1.2チャネル、Two pore型K+チャネル、メラノプシン等の膜タンパク質や、種々のイオンチャネル毒素を対象とした研究課題に取り組んでいます。
 方法論の特徴として、まず、in vitro発現系を用いて観察対象を純化することにより厳密な解析を行っている点が挙げられます。特にアフリカツメガエル卵母細胞の発現系は、二電極膜電位固定法というハイスループットの解析を可能とし、新規薬剤のスクリーニングや機能発現法cDNAクローニング等に威力を発揮するため、この系を利用して、これまで多くの共同利用研究を実施してきました。もうひとつの特徴として、電気生理・光生理同時記録により、機能と構造の動的変化を対応づけて解析している点があり、機能時の姿を知るという意味で有効な方法論であると考えています。これらの実験系と解析手技を活用して、今後も、研究を推進するとともに、共同利用研究の充実に尽力していきます。
 

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ツメガエル卵母細胞を用いた、膜電位固定下でのチャネル電流と蛍光強度の同時測定による、KCNQ1/ KCNE1 K+ チャネル複合体の機能と動的構造変化の解析 (Nakajo and Kubo, Nature Commun (2014)

代表的な論文情報

* Kume S, Shimomura T, Tateyama M, Kubo Y (2018) J Physiol 596: 4629-4650.
* Tateyama M, Kubo Y (2018) PLoS One 13: e0204447.
* Chen IS, Tateyama M, Fukata Y, Uesugi M, Kubo Y (2017) J Physiol 595: 5895-5912.
* Kitazawa M, Kubo Y, Nakajo K (2015) J Biol Chem 290: 22724-22733.
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