膜内電界制御と機械学習の融合に基づく人工細胞膜機能評価システムの創出

基于膜内电场控制与机器学习融合的人工细胞膜功能评估系统的创建

• 批准号: 22KJ0260
• 负责人: 佐藤 まどか
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0260/
• 关键词: イオンチャネル

本研究では、膜タンパク質のイオンチャネルを対象とした新規な機能評価システムを、計測技術および解析技術の２つの観点から構築することを目的としている。2022年度は、解析技術の方で大きく進展したので、以下にその概要を述べる。イオンチャネルは、細胞膜におけるイオンの流出入を制御する膜タンパク質である。イオンチャネルが開口した際に生じるイオン流は電流（イオンチャネル電流）として記録することができ、さらにチャネル電流の解析によってイオンチャネルの開閉キネティクスを推定することができる。計測ノイズを含む単一チャネル電流をイオンチャネルの開状態と閉状態に対応する2つの離散的なレベルに分類するプロセスは”idealization”と呼ばれ、イオンチャネルの機能解析に欠かせない。このチャネル電流解析が種々のイオンチャネルの機能理解に役立ってきた一方で、これまでに提案されてきた解析手法は、イオンチャネルの開閉を確率モデルで表すgating schemeやノイズ除去のためのフィルター強度などのパラメータをあらかじめ設定する必要があり、解析精度はそれらのユーザが事前入力するパラメータに大きく依存してしまうという問題を抱えていた。そこで、本年度は事前のユーザ入力なしにidealization可能な適応的解析手法を創出した。擬似的に生成したイオンチャネル電流波形を対象に、上記手法及びidealization法のgold-standardとされる50%-threshold-crossing法を用いて平均開時間を算出して理論値と比較した結果、約80%のモデル電流データにおいて本手法による解析結果が優れていることが明らかとなった。上記の成果については現在peer review journalに投稿中である。

This study で は, membrane タ ン パ ク qualitative の イ オ ン チ ャ ネ ル を like と seaborne し た new rules な function evaluation 価 シ ス テ ム を, measuring technology お よ び parsing techniques の 2 つ の 観 point か ら build す る こ と を purpose と し て い る. In 2022, で, major progress of analytical technology <s:1> parties で, く く, た で, で, and the following にそ <s:1> summary を describes べる. The <s:1> <s:1> <s:1> チャネ チャネ である である, and the cell membrane における における <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> である flow in and out of the を control する membrane タ パ パ パ である である <s:1> mass である. イ オ ン チ ャ ネ ル が openings し た interstate に raw じ る イ オ ン flow は current (イ オ ン チ ャ ネ ル current) と し て record す る こ と が で き, さ ら に チ ャ ネ ル current analytical に の よ っ て イ オ ン チ ャ ネ ル の open closed キ ネ テ ィ ク ス を presumption す る こ と が で き る. Measuring ノ イ ズ を containing む 単 a チ ャ ネ ル current を イ オ ン チ ャ ネ ル の on state と off state に 応 seaborne す る 2 つ の discrete な レ ベ ル に classification す る プ ロ セ ス は "idealization" と shout ば れ, イ オ ン チ ャ ネ ル の function analytical に owe か せ な い. こ の チ ャ ネ ル current analytical が kind 々 の イ オ ン チ ャ ネ ル の function understanding に servants made っ て き た で, こ れ ま で に proposal さ れ て き た analytical technique は, イ オ ン チ ャ ネ ル の open closed を probabilistic モ デ ル で す table gating Scheme や ノ イ ズ remove の た め の フ ィ ル タ ー strength な ど の パ ラ メ ー タ を あ ら か じ め set す る necessary が あ り, analytic accuracy は そ れ ら の ユ ー ザ が advance into force す る パ ラ メ ー タ に big き く dependent し て し ま う と い う problem を embrace え て い た. そ こ で beforehand, this year's は の ユ ー ザ な into force し に idealization may な optimum 応 parsing technique を hit し た. Quasi similar に generated し た イ オ ン チ ャ ネ ル current waveform を に, written skills and seaborne び idealization method の gold - standard と さ れ る 50% threshold crossing method を with い て average open time を calculate し て theory numerical と compare し た results, about 80% の モ デ デ ル current ー タ に お い て this gimmick に よ る analytical results が optimum れ て い る こ と が Ming ら か と な っ た. The above record of <s:1> results に, に, て, て is now in the に submission of peer review journal である.

项目成果

Development of a novel planar lipid bilayer system that enables application of a lateral voltage as a new input for the functional analysis of ion channels

开发一种新型平面脂质双层系统，能够应用横向电压作为离子通道功能分析的新输入

• 发表时间: 2022
• 作者: Madoka Sato;Maki Komiya;Kensaku Kanomata;Teng Ma;Daisuke Tadaki;Fumihiko Hirose;Ayumi Hirano-Iwata
• 通讯作者: Ayumi Hirano-Iwata

単一イオンチャネル電流データに対する適応的自動解析システムの開発

单离子通道电流数据自适应自动分析系统的开发

• 发表时间: 2023
• 作者: 佐藤まどか;張山昌論;小宮麻希;平野愛弓
• 通讯作者: 平野愛弓

Fabrication of a novel Teflon film that enables the application of the lateral voltage as a new input for the functional analysis of ion channels based on planar lipid bilayers

新型聚四氟乙烯薄膜的制造，能够应用横向电压作为基于平面脂质双层的离子通道功能分析的新输入

• 发表时间: 2022
• 作者: Madoka Sato;Maki Komiya;Kensaku Kanomata;Teng Ma;Daisuke Tadaki;Fumihiko Hirose;Ayumi Hirano-Iwata
• 通讯作者: Ayumi Hirano-Iwata

Kalman filterとGaussian Mixture Model clusteringに基づく単一イオンチャネル電流のための適応的自動解析アルゴリズムの開発

基于卡尔曼滤波器和高斯混合模型聚类的单离子通道电流自适应自动分析算法开发

• 发表时间: 2023
• 作者: 佐藤まどか;張山昌論;小宮麻希;平野愛弓
• 通讯作者: 平野愛弓