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平野 美奈子 講師


光を利用して生命現象を計測・操作 講師 / 博士(理学)大阪大学
専門
  • 生物物理学
  • 生理学
  • ライフサイエンス関連

(別ウィンドウで開きます)

光を使って創薬ターゲット分子を理解する

イオンチャネル1つの動きを観る技術と、
イオンチャネル1個を操作する技術

「イオンチャネル」と呼ばれるタンパク質は、細胞膜に存在し、細胞内外の環境変化を感知してイオンの出入りを調節しています。それにより、細胞が環境に適応できるように導きます。このような環境変化感知のキーとなるイオンチャネルがうまく働かなくなると、細胞が適切に応答できず、大きな疾患が引き起こされます。
イオンチャネルを理解し、医薬品開発に貢献するため、私たちは光を使ってイオンチャネル1つ1つの動きを観る技術を開発しました。これに加え、イオンチャネルを通るイオンの流れを効率的に測定する技術とイオンチャネル1個を操作する技術を開発し、これらの技術を駆使してイオンチャネルがどのように働いているのかを明らかにしようとしています。

イオンチャネルを通る
イオンの流れを捉える技術

創薬支援のための技術開発

CFTRチャネルを発現したヒト培養細胞

イオンチャネルは創薬開発の主要ターゲットの一つですが、高効率で再現性のある創薬スクリーニング系は確立されていません。
 イオンチャネル創薬支援に向け、私たちは光と電気を用いた薬剤スクリーニング・評価装置の開発に取り組んでいます。また、遺伝子工学・生化学技術を用いて各種イオンチャネルの発現細胞株・精製法を確立し、イオンチャネルに対する技術提供を行っています。

生体機能の光操作ツールの開発

近年、光応答性タンパク質を用いた細胞機能の光操作技術が急速に進展しています。しかしながら、その適用範囲は、主に神経細胞が関わる脳・神経系に限られています。
 多くの細胞種に対する光操作技術の確立を目指して、私たちは新規光応答性イオンチャネルの創製と、光応答性タンパク質の改変に取り組んでいます。これらにより、生命現象の基盤の解明や疾患の原因解明が進展すると考えられます。
【連携】理化学研究所

キーワード

  • 膜蛋白質 イオンチャネル
  • 1分子計測 1分子メージング、単一チャネル電流計測、1分子操作
  • 生化学・遺伝子工学技術 創薬開発


研究業績

論文

Minako Hirano, Daiki Yamamoto, Mami Asakura, Tohru Hayakawa, Shintaro Mise, Akinobu Matsumoto, Toru Ide, ” A Lipid Bilayer Formed on a Hydrogel Bead for Single Ion Channel Recordings.,” Micromachines,11,12,1070(2020)

M. Hirano, M. Takebe, T. Ishido, T. Ide, S. Matsunaga,” The C-terminal region affects the activity of photoactivated adenylyl cyclase from Oscillatoria acuminata.,” Scientific Reports,9,1,20262(2019)

M. Hirano, T. Ide,” Electrostatic state of the cytoplasmic domain influences inactivation at the selectivity filter of the KcsA potassium channel,” Biochimica et Biophysica Acta(BBA)–Biomembranes,1861, 220-227(2019)

D. Okuno, M. Hirano, H. Yokota, J. Ichinose, T. Kira, T. Hijiya, C. Uozumi, M. Yamakami, T. Ide, "A gold nano-electrode for single ion channel recordings," Nanoscale ,10,8,4036-4040(2018)

Okuno, D., Hirano, M., Yokota, H., Onishi, Y., Ichinose, J., Ide, T.,"A simple method for ion channel recordings using fine gold electrode.," Anal. Sci.,32,12,1353-1357(2016)

M. Hirano, D. Okuno, Y. Onishi, T. Ide,"A single amino acid gates the KcsA channel,"Biochem. Biophys. Res. Commun.,450,4,1537-1540(2014)

菊池 真吾, 平野 美奈子, 井出 徹, 中井 正人,"明らかになった葉緑体のトランスロコン,"細胞工学8月号,32,8,882-883(2013)

R. Kawano, Y. Tsuji, K. Sato, T. Osaki, K. Kamiya, M. Hirano, T. Ide, N. Miki, S. Takeuchi,"Automated parallel recordings of topologically identified single ion channels.,"Scientific Reports,3,,1995-(2013)

Kikuchi, S., Bédard, J., Hirano, M., Hirabayashi, Y., Oishi, M., Imai, M., Takase, M., Ide, T., Nakai, M,"Uncovering the Protein Translocon at the Chloroplast Inner Envelope Membrane. ,"Science,339,6119,571-574(2013)

井出徹、平野美奈子、奥野大地,"「ちから」でイオンチャネルの機能を制御する,"生物物理学会誌,52,6,289-290(2012)

Minako Hirano, Yukiko Onishi, Toshio Yanagida, Toru Ide.,"Role of the KcsA channel cytoplasimic domain in pH-dependent gating. ,"Biophys. J ,101,9,2157-2162(2011)

Toru Ide, Mitsunori Kitta, Minako Hirano, Hiroyuki Tanaka, Toshio Yanagida, Tomoji Kawai,"Direct Manipulation of a Single Potassium Channel Gate with an Atomic Force Microscope Probe.,"Small,7,16,2379-2383(2011)

M. Hirano, Y. Takeuchi, N. Matsumori, M. Murata, T. Ide,"Channels formed by amphotericin B covalent dimers exhibit rectification. ,"J. Membr. Biol.,240,3,159-164(2011)


学会発表

平野美奈子,"チャネルタンパクの構造機能相関研究1(巨視的計測),"公益財団法人新世代研究所2015年度第1回バイオ単分子研究会(東京,2015/8/26)

Minako Hirano, Daichi Okuno, Yukiko Onishi, Hiroaki Yokota, Toru Ide,"Modifications of ion channel function,"第52回 日本生物物理学会(北海道(札幌コンベンションセンター),2014/9/27)

Daichi Okuno, Minako Hirano, Hiroaki Yokota, Yukiko Onishi, Toshio Yanagida, Toru Ide,"Simple method for lipid bilayer formation with simultaneous incorporation of ion channels using gold electrode,"第52回 日本生物物理学会(北海道(札幌コンベンションセンター),2014/9/25)

Minako Hirano, Daichi Okuno, Yukiko Onishi, Toru Ide,"The cytoplasmic domain regulates inactivation in the KcsA channel,"第53回 日本生物物理学会(金沢(金沢大学・角間キャンパス),2014/9/14)

Toru Ide, Daichi Okuno, Takamitsu Kira, Minako Hirano, Hiroaki Yokota,"Simple method for lipid bilayer formation with simultaneous incorporation of ion channels using gold electrode (2),"第53回 日本生物物理学会(金沢(金沢大学・角間キャンパス),2014/9/13)

平野美奈子,"イオンチャネル蛋白質の構造機能相関の解明,"公益財団法人新世代研究所第21回研究報告会(東京,2014/7/18)

平野美奈子,"イオンチャネル蛋白質の創薬支援に向けた研究と開発,"浜松ホトニクス中央研究所 講演会(浜松(浜松ホトニクス 中央研究所),2013/12/19)

D. Okuno, M. Hirano, Y. Onishi, T. Ide,"Reconstitution of ion channel immobilized on solid support into lipid bilayer,"第51回 日本生物物理学会(京都(国立京都国際会館),2013/10/30)

M. Hirano, Y. Onishi, D. Okuno, T. Ide,"Coordination between the cytoplasmic domain and the inactivation gate in the KcsA channel,"第51回 日本生物物理学会(京都(国立京都国際会館),2013/10/30)

平野美奈子,"蛍光色素を利用したイオンチャネルの開閉機構の可視化,"新学術領域研究「細胞機能と分子活性の多次元蛍光生体イメージング」平成24年度班会議(大阪,2013/1/22)

M. Hirano, Y. Onishi, D. Okuno, T. Ide,"The KcsA channel cytoplasmic domain effects on the inactivation gating,"Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions, The 6th International Symposium(Kyoto,2012/12/5)

D. Okuno, M. Hirano, Y. Onishi, T. Yanagida, T. Ide,"Reconstitution of ion channel into lipid bilayer using glass needle.,"第50回 日本生物物理学会(名古屋大学,2012/9/24)

M. Hirano, Y. Onishi, D. Okuno, T. Ide,"The KcsA channel cytoplasmic domain effects on the inactivation gating,"第50回 日本生物物理学会(名古屋大学,2012/9/23)

M. Hirano, Y. Onishi, D. Okuno, T. Ide,"The KcsA channel cytoplasmic domain effects on the inactivation gating,"Biophysical Society 57th Annual Meeting(Philadelphia,2012/2/2)


特許

「人工生体膜を製造するデバイス及び製造方法」平野美奈子, 井出徹,"(")


受賞

公益財団法人新世代研究所 第1回ATI研究奨励賞「イオンチャネルの1分子計測・操作による構造機能相関の解明」(2014/7/18)

Rebeiz財団 2012 Research Paper Award「Uncovering the Protein Translocon at the Chloroplast Inner Envelope Membrane.」(2013/11/1)