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Molecular mechanisms underlying the regulation of voltage-gated ion channels by volatile anesthetics

Research Project

Project/Area Number 18K16445
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 55050:Anesthesiology-related
Research InstitutionShiga University of Medical Science

Principal Investigator

Fukushima Yutaka  滋賀医科大学, 医学部, 助教 (10422891)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
KeywordsKv1.5チャネル / 吸入麻酔薬 / デスフルラン / セボフルラン / 膜電位依存性イオンチャネル / 作用機構 / 標的分子 / hKv1.5チャネル
Outline of Final Research Achievements

Previous studies have detected the putative binding sites for volatile anesthetics on ligand-gated ion channels, such as GABAA receptor. However, there is only a limited information concerning the molecular basis underlying the functional effect of volatile anesthetics on voltage-gated potassium channels, which play key roles in regulating membrane potential, excitability and cellular functions in various cell types.
We investigated molecular and cellular mechanisms underlying modulatory effect of desflurane and sevoflurane on the human voltage-gated Kv1.5 (hKv1.5) channel, using multiple experimental approaches, including patch-clamp technique, site-direct mutagenesis and computer docking simulation. We found that desflurane and sevoflurane at clinically relevant concentrations produce an open-channel blocking action on hKv1.5 channel, probably through direct interaction with specific amino acids located within the pore region of hKv1.5 channel.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

hKv1.5チャネルは、6回膜貫通型の構造をとり、5番目(S5)と6番目(S6)の膜貫通領域の間にイオンが通るポアが形成される。これらの基本構造は他の膜電位依存性イオンチャネルと同様であるため、得られた知見は吸入麻酔薬の膜電位依存性イオンチャネルへの作用機構を理解する上で貴重な情報を提供すると期待される。さらに、全身麻酔薬の麻酔作用や全身作用の発現に関わるイオンチャネルは、GABAA受容体チャネルをはじめとするリガンド依存性イオンチャネルのみならず、膜電位依存性イオンチャネルも重要な標的分子であるという知見は、新たな全身麻酔薬の開発においても重要な情報となり、麻酔科学の発展にも寄与できる。

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] Elevation of propofol sensitivity of cardiac IKs channel by KCNE1 polymorphism D85N.2021

    • Author(s)
      A. Kojima, X. Mi, Y. Fukushima, W. G. Ding, M. Omatsu-Kanbe and H. Matsuura
    • Journal Title

      Br J Pharmacol

      Volume: 178 Issue: 13 Pages: 2691-2708

    • DOI

      10.1111/bph.15460

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Positive Inotropic Effects of ATP Released via the Maxi-Anion Channel in Langendorff-Perfused Mouse Hearts Subjected to Ischemia-Reperfusion2021

    • Author(s)
      Matsuura Hiroshi、Kojima Akiko、Fukushima Yutaka、Xie Yu、Mi Xinya、Sabirov Ravshan Z.、Okada Yasunobu
    • Journal Title

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      Volume: 9 Pages: 597997-597997

    • DOI

      10.3389/fcell.2021.597997

    • NAID

      120006974980

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 揮発性麻酔薬の作用に関わる分子メカニズム2021

    • Author(s)
      福島 豊, 小嶋 亜希子
    • Journal Title

      臨床麻酔

      Volume: 45 Pages: 17-24

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] Open-channel blocking action of volatile anesthetics desflurane and sevoflurane on human voltage-gated Kv1.5 channel.2020

    • Author(s)
      Fukushima Y, Kojima A, Mi X, Ding WG, Kitagawa H, Matsuura H
    • Journal Title

      Br J Pharmacol

      Volume: in press Issue: 16 Pages: 3811-3827

    • DOI

      10.1111/bph.15105

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      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A computational analysis of the effect of sevoflurane in a human ventricular cell model of long QT syndrome: Importance of repolarization reserve in the QT-prolonging effect of sevoflurane2020

    • Author(s)
      Kojima Akiko、Fukushima Yutaka、Itoh Hideki、Imoto Keiji、Matsuura Hiroshi
    • Journal Title

      European Journal of Pharmacology

      Volume: 883 Pages: 173378-173378

    • DOI

      10.1016/j.ejphar.2020.173378

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 麻酔薬の心臓洞房結節自動能に対する制御機構2019

    • Author(s)
      小嶋 亜希子, 福島 豊, 今宿 康彦, 北川 裕利, 松浦 博
    • Journal Title

      麻酔

      Volume: 68 Pages: 1280-1288

    • NAID

      40022088415

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transient receptor potential canonical channel channel blockers improve ventricular contractile functions after ischemia/reperfusion in a Langendorff-perfused mouse heart model2018

    • Author(s)
      Kojima Akiko、Fukushima Yutaka、Ito Yuki、Ding Wei-Guang、Kitagawa Hirotoshi、Matsuura Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Cardiovascular Pharmacology

      Volume: 71(4) Issue: 4 Pages: 248-255

    • DOI

      10.1097/fjc.0000000000000566

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] デスフルランはNav1.5チャネルの速い不活性化を過分極側にシフトさせる2022

    • Author(s)
      福島 豊, 小嶋 亜希子, 石原 真理子, 清水 盛浩, 湯浅 真由美, 北川 裕利
    • Organizer
      日本麻酔科学会第69回学術集会
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  • [Presentation] セボフルランのIKsチャネル抑制作用は、副サブユニットをコードするKCNE1遺伝子の一塩基多型D85Nにより増強し、特にβ受容体刺激時におけるセボフルランによるQT延長作用を増強する2022

    • Author(s)
      小嶋 亜希子, 伊藤 有紀, 福島 豊, 今宿 康彦, 北川 裕利
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      日本麻酔科学会第69回学術集会
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  • [Presentation] デスフルランはヒト心筋の膜電位依存性カリウムチャネルに対して異なった抑制作用を発揮する2020

    • Author(s)
      福島 豊, 小嶋 亜希子, 石原 真理子, 清水 盛浩, 湯浅 真由美, 北川 裕利
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      日本麻酔科学会第67回学術集会
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      小嶋 亜希子, 伊藤 有紀, 福島 豊, 今宿 康彦, 北川 裕利
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      日本麻酔科学会第67回学術集会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Oxgen reserve index (ORi)モニタリングによる、体位変換前の吸入酸素濃度とBMIが無呼吸中の全身酸素予備能に及ぼす影響の検討2020

    • Author(s)
      澤崎 史弥, 小嶋 亜希子, 河島 愛莉奈, 竹田 叶佳, 福島 豊, 北川 裕利
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      日本麻酔科学会第67回学術集会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] プロポフォールによるHCN2チャネルおよびHCN4チャネルの抑制作用は交感神経緊張時に減弱する2020

    • Author(s)
      清水 盛浩, 小嶋 亜希子, 石原 真理子, 福島 豊, 北川 裕利
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      日本麻酔科学会第67回学術集会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 揮発性麻酔薬は膜電位依存性ヒトKv1.5(hKv1.5)チャネルに対してそのポア領域のアミノ酸に直接作用して抑制作用を発揮する2019

    • Author(s)
      福島 豊, 小嶋 亜希子, 清水 盛浩, 石原 真理子, 高橋 完, 北川 裕利
    • Organizer
      日本麻酔科学会第66回学術集会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] IKsチャネルのβサブユニットをコードするKCNE1遺伝子の一塩基多型D85Nはプロポフォール感受性を増強し、プロポフォール投与中のQT延長の危険因子となりうる2019

    • Author(s)
      小嶋 亜希子, 伊藤 有紀, 福島 豊, 今宿 康彦, 高橋 完, 北川 裕利
    • Organizer
      日本麻酔科学会第66回学術集会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] デクスメデトミジンは心臓洞房結節細胞のイミダゾリン受容体に直接作用して徐脈作用を引き起こす2019

    • Author(s)
      石原 真理子, 小嶋 亜希子,湯浅 真由美, 清水 盛浩, 福島 豊, 北川 裕利
    • Organizer
      日本麻酔科学会第66回学術集会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] プロポフォールによるHCN4チャネルの抑制作用は交感神経緊張時に減弱する2019

    • Author(s)
      清水 盛浩, 小嶋 亜希子, 石原 真理子, 福島 豊, 高橋 完, 北川 裕利
    • Organizer
      日本麻酔科学会第66回学術集会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 揮発性麻酔薬は膜電位依存性ヒトKv1.5 (hKv1.5) チャネルに対してそのポア領域のアミノ酸に直接作用して抑制作用を発揮する。2019

    • Author(s)
      福島 豊、小嶋 亜希子、清水 盛浩、石原 真理子、高橋 完、北川 裕利
    • Organizer
      日本麻酔科学会第66回学術集会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] デスフルランは膜電位依存性ヒトKv1.5(hKv1.5)を構成するアミノ酸に直接作用して抑制作用を発揮する。2018

    • Author(s)
      福島 豊、小嶋 亜希子、石原 真理子、清水 盛浩、瀬戸 倫義、北川裕利
    • Organizer
      日本麻酔科学会第65回学術集会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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