イオンチャネルはすべての細胞の細胞膜に存在する生命にとって必須のタンパク質です。神経系ではイオンチャネルは電気信号を生み出し伝導する役割を担い、また筋肉の収縮にも深く関わっています。私たちが「動きたい」と脳で考え、その指令を筋肉に伝えて手足を自由に動かすことができるのも、まさにイオンチャネルが存在するおかげなのです。私たちの研究室では、イオンチャネルが働く仕組みを分子レベルで解明することを目指しています。それを明らかにできれば、イオンチャネルを標的とした薬の開発や、不整脈やてんかんなど、イオンチャネルの不具合が原因の病気（チャネル病）の治療に大いに役立つと考えています。
主要研究テーマ
「KcsAカリウムイオンチャネルの構造–機能連関解明」
放線菌が持つKcsAというカリウムイオン（K+）チャネルは、すべてのイオンチャネルの“原型”に近い単純な形をしています。私たちはこのKcsAをとことん深く調べ、他の多くのイオンチャネルにも引き継がれている“基本性能”の解明を目指しています。
イオンは細胞膜に遮られて細胞の中と外とを自由に行き来することができません。しかし、細胞膜に組み込まれているイオンチャネルの中なら、トンネルのように通り抜けることができます。ただし、イオンチャネルによって通すことができるイオンの種類（Na+、K+、Ca2+など）は決まっています。また、トンネルはいつでも通過できるわけではなく、必要に応じてゲートが開け閉めされています。このイオン選択的透過機構とゲート開閉機構が、イオンチャネルの“基本性能”といえます。私たちはこれまでに、KcsAがこれら性能を発揮する仕組みに関わるいくつかの重要な研究成果を挙げました。まずイオン選択的透過機構に関し、K+がチャネル内を通過する際、イオン間に水分子（H2O）が挟まった列を作っていることを実験で証明しました（J. Neurosci. 2011, J. Gen. Physiol. 2010）。このことは、イオン選択的透過機構はイオンだけでなく水分子の役割も考慮しなければならないことを意味しており、現在のイオン透過研究にその考えが生かされています。またゲート開閉機構に関し、チャネル周囲の細胞膜がこれまで考えられていたよりも重要な役割を果たしていることを裏付ける発見をしました。例えば、細胞膜の成分の中に特定のリン脂質を含まない場合、KcsAが機能しなくなること、そしてそのメカニズムを明らかにしました（PNAS 2013）。また、細胞膜のハリ（張力）が弱いと、KcsAが機能しなくなることを発見しました（PNAS 2018）。このようなKcsAの性質を、他のイオンチャネルも基本性能として備えているのか否か、現在検討を行っています。
「次世代型の人工細胞膜実験法開発」
細胞膜は主にリン脂質からできています（リン脂質の二重層）。リン脂質には多くの種類がありこれらが混ざり合って細胞膜を作っていますが、例えば、筋細胞と神経細胞とでは細胞膜のリン脂質組成も異なっています。さらに1個の細胞の細胞膜を見ても、リン脂質が均一に分布しているわけではなく、特定のリン脂質が1か所に集合していたり、その時々で組成が変わったりします。このように、生きている細胞膜は時々刻々と性質が変化しています。イオンチャネルをはじめ膜タンパク質はすべて、そのようなダイナミックな細胞膜に組み込まれ、そこを“足場”にして働いています。
では、イオンチャネルの働きは“足場”にどれくらい左右されているのでしょうか？これを明らかにするには、細胞膜の変化する要素を1つ1つ固定し、その影響を調べる必要があります。しかし、実際の生きた細胞膜でそれを行うのは非常に困難です。そこで、あらかじめ決まったリン脂質で人工的に作った人工細胞膜での実験が有効になります。私たちはContact Bubble Bilayer (CBB)法というオリジナルの人工細胞膜実験法を開発しました（Sci. Rep. 2015, Sci. Rep. 2017, J. Vis. Exp. 2019）。CBB法ではリン脂質組成はもちろん、膜に発生する張力（膜のハリ）も自在にコントロールできます。私たちは現在、この次世代型の実験法を駆使してイオンチャネル研究を進めているほか、さらに改良を加えてイオンチャネル以外の膜タンパク質研究にも応用できるよう試みています。
