Exploration of uncoupling mode of sarcoplasmic reticulum Ca2+ pump
| Project/Area Number |
21K06058
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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 43030:Functional biochemistry-related
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| Research Institution | Asahikawa Medical College |
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Principal Investigator |
山崎 和生 旭川医科大学, 医学部, 講師 (60241428)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | カルシウムポンプ / イオン輸送 / 脱共役 / 非ふるえ熱産生 / 酵素反応速度論 / 膜タンパク |
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| Outline of Research at the Start |
恒温動物において、筋肉は運動を司る器官であるとともに、体温維持のための熱発生器官でもあります。筋肉は震えることにより、熱が発生し体温の低下を抑えますが、この震えとは別の機構でも、筋肉が熱発生をやっていることが知られています。しかしそのメカニズムについては良く分かっていませんでした。最近、筋肉にあるカルシウムポンプの働きを調節するタンパク質（サルコリピン）を無くしたマウスは体温維持に異常をきたすという報告があり、筋小胞体のカルシウムポンプが熱産生の鍵であるのでは無いかと考えられるようになってきました。そこで本研究では筋小胞体カルシウムポンプの脱共役について調べ熱産生への寄与を見積もります。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、筋小胞体カルシウムポンプの脱共役モードを解析し、いかにしてこのモードが制御されているかを明らかにすることにある。このモードは骨格筋における非ふるえ熱産生の主要因と考えられているが、その機構は明らかにされておらず、再現性のある解析手段も確立されてはいない。この問題に対し、私はナノディスクに組み込んだカルシウムポンプがATP分解反応初期において、定常状態の回転速度を大きく上回るリン酸放出を起こす現象（リン酸過剰放出）を見出し、これを手掛かりとして、脱共役機構の解明を目指している。
リン酸過剰放出を起こす要因として、溶存酸素、溶存炭酸ガスなどの影響を調べている。しかしながら、これらの効果は認められる結果が出る場合もあるが、今のところ再現性に乏しく、さらに詳しい条件検討が必要である。
このことを踏まえ、ナノディスクの脂質組成が組み込まれたカルシウムポンプの活性にどのような影響があるか詳しい解析が必要であると考えた。その結果、脂質ヘッドグループの組成はカルシウムポンプの活性に大きな影響を及ぼすことを確認し、その際、複数の脂質の混合した環境こそが、生理定条件下でのカルシウムポンプ機能発現に重要であることが示された。またカルシウムポンプの324番目のアルギニンとリン脂質ヘッドグループの静電的な相互作用が、活性に影響を与える、脂質-タンパク相互作用の一部であることが分かった。また脂質ヘッドグループを変えるとリン酸化中間体形成時におけるE１ATP-E1PADP平衡に影響が出ることが確認された。このステップは、脱共役がおこる場合に、変化が起こると期待されるステップであり、脱共役モード解析の糸口となる可能性がある。
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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
脱共役解析の糸口として、ナノディスクに組み込んだカルシウムポンプ標品を持ちいる戦略は、初期相の再現性が悪く困難であったが、その原因が用いたリン脂質の劣化が原因である可能性が示唆され、結果が安定しつつある。また脂質組成の影響を丹念に調べることにより、ナノディスクに組み込んだカルシウムポンプの性質が詳細に調べることができ、その成果はScientific report誌に掲載された。このアプローチを進めることで、リン脂質の違いが共役-脱共役の振り分けが起きると考えられる、E１ATP-E1PADP平衡前後に大きな影響を及ぼすことが示され、今後の解析の手がかりが得れられている。さらに過剰リン酸放出の有無はナノディスク中のリン脂質の組成の影響を受けることを示唆する結果も得られており。これも今後の解析の大きな手掛かりとなりうる。従ってこの研究課題はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在フォスファチジルコリン（PC）、フォスファチジルエタノールアミン、（PE)フォスファチジルセリン（PS)3種類のリン脂質の内どれか一つの種類の脂質を持つナノディスクにカルシウムポンプを埋め込んで、過剰リン酸放出過程の解析を行っており、その中でもPCの組み込んだものの解析が主であった。今後PE及びPSに組み込んだ標品についても詳細な解析を進め、さらに混合脂質環境の影響についても調べていく。また新たな糸口として出てきたE１ATP-E1PADP平衡ステップの解析も脂質環境の影響を加味しながら同様に進めていく。このステップの解析には非常に時間分解能の高い反応速度論的解析が必要とされるが、何とか実験装置を工夫して、解析を進めていきたいと考えている。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
