古川修平 物質－細胞統合システム拠点（iCeMS＝アイセムス）准教授、北川進 同拠点長・教授、川野竜司 東京農工大学特任准教授、竹内昌治 神奈川科学技術アカデミーグループリーダーらの研究グループは、二つの電流値を持つ人工イオンチャネルの合成に世界で初めて成功しました。二孔チャネル（TPC）と呼ばれる、細胞膜中に存在するイオンチャネル膜タンパク質の人工的な合成に近づく成果です。
本研究成果は、2017年3月10日午前2時に米国の学術誌「Chem」に掲載されました。
研究者からのコメント
古川准教授
多面体構造を利用することで、異なる二つの電流値を与える人工イオンチャネルの合成に成功しました。現状では、この電流値の入れ替えはランダムにおこりますが、電流の入れ替え、電流のON／OFFを外部からのインプットにより制御可能な分子を合成することで、イオンの流れを自在に制御できるようになると考えられます。また、実際の細胞膜に埋め込むことで、生物の機能を制御できるようになると考えられます。最終的な目標としては、イオンチャネルが関与するさまざまな疾患を調べるシステムへの応用も期待されます。
概要
細胞膜中に存在するイオンチャネルは、細胞膜を挟んで細胞の中と外を行き来するイオンの流れ（膜電流）を制御することで、生体内でのエネルギー活動の本質を担う重要な膜タンパク質です。一方で、非常に複雑なイオンチャネルの構造や機能を人工的に合成した化合物で再現し、細胞活動を制御しようとする研究は、細胞生物学と化学の間にある大きな境界領域であり、複雑な化合物を合成する化学者にとっては大きな夢でもあります。
本研究グループは、生体内にも存在する、「TPC」と呼ばれる複数の電流値を示すイオンチャネルの部分的な機能の再現に成功しました。具体的には、立方八面体という正三角形八つと正方形六つの入り口があり、中心に大きな孔を有する多面体構造を持つ分子を合成しました。これをマイクロデバイス中に再現した人工細胞膜の中に埋め込み、単一分子レベルでのチャネル電流計測を16個並列に可能な「ハイスループット計測」により評価したところ、正三角形の入口、正方形の入り口をイオンが通るとそれぞれ別の電流値を示すことが明らかになりました。すなわち、二つの入り口を切り替えることで、二つの異なるチャネル電流を示すTPCのような人工イオンチャネルの合成に成功しました。
図：3Dプリンタで作成した人工イオンチャネルの模型（左）と、チャネルを通過するイオンの流れを計測するハイスループット電流計測システム（右）
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 http://doi.org/10.1016/j.chempr.2017.02.002
Ryuji Kawano, Nao Horike, Yuh Hijikata, Mio Kondo, Arnau Carné-Sánchez, Patrick Larpent, Shuya Ikemura, Toshihisa Osaki, Koki Kamiya, Susumu Kitagawa, Shoji Takeuchi and Shuhei Furukawa. (2017). Metal-Organic Cuboctahedra for Synthetic Ion Channels with Multiple Conductance States. Chem, 2(3), pp. 393–403.
- 京都新聞（3月10日 29面）に掲載されました。
