嗅覚情報変換チャネルにおける興奮と抑制を修飾する分子メカニズム解明
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19K06764
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
竹内 裕子 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (10324823)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 情報変換チャネル / 電気生理学 / パッチクランプ法 / ケージド化合物 / 嗅細胞 / 線毛 / 嗅覚 / 嗅覚情報変換 / CNGチャネル / Cl(Ca)チャネル / 感覚生理学 / イオンチャネル / 嗅線毛 / セカンドメッセンジャー / シグナルトランスダクション / 神経細胞 |
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| Outline of Research at the Start |
嗅線毛での匂い情報変換は嗅覚感度を調節する重要なポイントである。線毛は微細構造体であるため、物理化学の常識とは異なる挙動が展開され、理論のみならず、生線毛を用いることで高い実験技術も要求される。そこで、オリジナルの実験機器やシステムを開発することで、従来不可視であった研究領域に踏み込み「匂いを感じる」分子メカニズムを定量的に説明可能とする。構築した電気生理学的・光学的技術をパッチクランプ法と同時に用い、電流記録・光学測定を用いて、これまで不可能であった線毛上の情報変換チャネル動向を解析する。最終的に「匂い」感覚が、嗅線毛上のイオンチャネルの興奮と抑制で引き起こされる分子メカニズムを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、嗅覚情報変換チャネルにおける興奮と抑制を修飾する分子メカニズムの解明を目的としている。今年度は、これまでの実験の成果を踏まえ、更に次のステップに繋げる研究を推し進めた。情報変換チャネルが集中的に発現している嗅線毛は直径100nmと非常に微細な構造体であることからも、生きた状態で電気生理学的な実験を行うことは技術的にも困難である。そこで、4つの技術を組み合わせたシステムを構築した。1) ナノスケール構造体内分子濃度の可視化(LSM・カルシウムイメージング), 2) 線毛へのケージド化合物導入と光解離による電流発生システム, 3) チャネル電流測定のためのパッチクランプシステム, 4) 単離細胞への匂い物質投与システム。これらを組み合わせ、同時に使用することで、線毛内の分子の実時間動向を調べることが可能となった。その結果、線毛内の分子（カルシウムイオン）は順応を起こっている間にも関わらず、濃度が減少したことが明らかになった。電気生理によるイオンチャネルの電流応答と矛盾するような線毛内のカルシウム濃度変化が見られたが、これこそが嗅細胞におけるチャネル順応のゆっくりとしたタイムコースを説明する機構である可能性が高いことが示唆された。本研究成果は引き続き、最終年度である次年度へと発展させていく。線毛内の分子動向が解明されることで、嗅覚情報変換機構における興奮・抑制の分子メカニズムの解明に大きくかかわることが明らかとなったことからも、線毛内の分子ダイナミクスがヒトが感じる嗅覚（最終的なアウトプット）にも影響を及ぼす可能性があることが示された。この結果は、Journal of General Physiology に掲載され、更に発行号のResearchNewsに選出され、専門のサイエンスライターによるインタビューを元に原稿が寄稿された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、本課題の4年目にあたり次年度の最終年度を見越して本課題の中でも「匂いを感じるときの嗅線毛内の分子ダイナミクス」「情報変換チャネルの興奮・抑制の分子メカニズム解明」の2点に焦点を絞り、精力的に実験を進め、論文発表を行った。このテーマは基盤的な内容を含み重要であることから、論文発表時には研究内容に対する一般読者への紹介記事が書かれた。この研究結果は本研究課題の1つである「情報変換チャネルの興奮・抑制の分子メカニズム解明」にも大きく作用すると考えられる。一方で「極低濃度で作用する新規抑制物質の探索と構造活性相関の検証」および「飲食品に含まれる抑制物質の探索と抑制効果検証」の検証は引き続き行い、データを収集した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、嗅覚受容の第一段階の入力―出力の部分を司る嗅覚神経細胞（嗅細胞）における匂い物質の化学情報－生体電気信号変換のシステムを解明することを目的として、研究を4段階に分け、段階的に行うことを予定していた。意外にも1・2段階目の結果が後の3・4に大きく関与し、しかも、ヒト感覚にも重要な点であることが分かった。次年度の最終年度では、ステップ1・2の更なる詳細解明と、現在進行している3・4の実験系を進行する。特に、前者の嗅覚情報チャネルを抑制する物質は候補があげられるものの、極低濃度で効果が大きい物質については引き続き探索を続ける。後者はいくつか飲食品に含まれる抑制物質の抑制効果が認められるデータが得られたため、最終年度に纏めて発表することを予定している。
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Report
(4 results)
Research Products
(24 results)
