Research Abstract
脂質二重膜チャンバーアレイを利用した膜輸送体の1分子活性解析
Arrayed lipid bilayer chambers allow single-molecule analysis of membrane transporter activity
2014年7月24日 Nature Communications 5 : 4519 doi: 10.1038/ncomms5519
ナノサイズからミクロンサイズの反応チャンバーアレイ（フェムトリットルチャンバーアレイ）は、1分子酵素計測、デジタルPCR、およびデジタルELISAなどの、高感度かつ定量的な生化学計測を実現している。しかし、従来のフェムトリットルチャンバーアレイの用途は水溶液中で起こる反応の計測に限定されており、すなわち、膜輸送などの生体膜を介した反応を計測することは困難であった。本論文では、脂質2重膜で覆われたフェムトリットルチャンバーアレイ（脂質2重膜チャンバーアレイ: ALBiC）について報告する。α溶血素やF型-ATP合成酵素などのさまざまな膜輸送タンパク質を、量を制限して脂質2重膜に組み込むと、ALBiC内のチャンバーは確率的かつ量子化された膜輸送活性を検出した。この現象は、生体分子の1分子活性計測の典型的な挙動であることから、さまざまな形式の膜輸送活性（受動的および能動的輸送）の1分子解析をALBiCで達成できることが実証された。この新しい計測技術は、フェムトリットルチャンバーアレイの用途を拡張するものであり、今後、膜タンパク質の機能についてのさらなる理解の促進に貢献することが期待される。
渡邉 力也1,2,3,, 曽我 直樹1, 藤田 大士1, 田端 和仁1,2,3, 山内 里紗1,3, 金 秀炫3,4, 浅沼 大祐5, 神谷 真子6, 浦野 泰照6, 菅 裕明3,7 & 野地 博行1,3
- 東京大学大学院 工学系研究科 応用化学専攻
- 科学技術振興機構さきがけ
- 科学技術振興機構CREST
- 東京大学 生産技術研究所
- 東京大学大学院 医学系研究科 神経生物学分野
- 東京大学大学院 医学系研究科 生体情報学
- 東京大学大学院 理学系研究科 化学専攻
Nano- to micron-size reaction chamber arrays (femtolitre chamber arrays) have facilitated the development of sensitive and quantitative biological assays, such as single-molecule enzymatic assays, digital PCR and digital ELISA. However, the versatility of femtolitre chamber arrays is limited to reactions that occur in aqueous solutions. Here we report an arrayed lipid bilayer chamber system (ALBiC) that contains sub-million femtolitre chambers, each sealed with a stable 4-μm-diameter lipid bilayer membrane. When reconstituted with a limiting amount of the membrane transporter proteins α-hemolysin or F0F1-ATP synthase, the chambers within the ALBiC exhibit stochastic and quantized transporting activities. This demonstrates that the single-molecule analysis of passive and active membrane transport is achievable with the ALBiC system. This new platform broadens the versatility of femtolitre chamber arrays and paves the way for novel applications aimed at furthering our mechanistic understanding of membrane proteins’ function.
