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L型Caチャネルのイオン透過機構と心臓ペースメーカー細胞の持続性内向き電流

Research Project

Project/Area Number 21K06781
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 48020:Physiology-related
Research InstitutionShiga University of Medical Science

Principal Investigator

豊田 太  滋賀医科大学, 医学部, 助教 (90324574)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 姫野 友紀子  立命館大学, 生命科学部, 助教 (10534365)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsイオンチャネル / 心臓 / パッチクランプ / イオン透過モデル / L型カルシウムチャネル / イオン透過性 / 単一チャネル記録 / 洞房結節 / 持続性内向き電流
Outline of Research at the Start

本研究は、L型Caチャネル(CaV1.3)のイオン選択特性を実験と理論により決定し、CaV1.3が持続性内向きNa電流(Ist)を発生する仕組みを明らかにする。また、2)その構造基盤を明らかにし、CaV1.3分子改変によるIstの特異的制御の可能性を探る。さらに、3)Istの分子機構を搭載した新しい洞房結節細胞モデルの開発を行い、この電気現象の生理的意義の理解へとつなげる。

Outline of Annual Research Achievements

本プロジェクトでは心臓の刺激伝導系に特異的に発現するL型カルシウムチャネルのアイソフォームCav1.3のイオン選択特性を検証し、洞房結節細胞のペースメーカー活動に関与する持続性内向きNa+電流(Ist)との関連を探ることを目的としている。これまでに、Cav1.3のNaイオン/Caイオンの競合的透過の性質を電気生理実験とカルシウムチャネル透過モデル(Almers & McCleskeyモデル)で検証し、細胞外のCa濃度に依存した少なくとも2種類の透過モードの存在が示唆された。そこで、本年度はCav1.3を異種性に発現させた培養細胞にパッチクランプ法を適用し、単一チャネル電流の記録を行い2つのモードを存在を実験的に確認することを試みた。さらにホールセルパッチクランプ実験データを用いてパラメーターを決定したAlmers & McCleskeyモデルを用いたコンピューターシミュレーションにより単一チャネル電流の再現を試みた。しかしながら、パッチクランプ実験においては、種々の細胞外Ca濃度で単一チャネル電流を安定的に記録することは極めて困難であり、依然として2つのモードを存在する決定的な証拠は得られていない。またシミュレーションで再現した単一チャネルの電流特性は、Mitsuiyeらがかつて報告しているIstの単一チャネル記録とは電気生理学的性質が明らかに異なっており、2つのモードを決定するパラメーターの再調整の必要性が考えられた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

学内の建物改修、実験室の移動ならびに研究室の体制変更にともなう研究環境の整備に時間をとられ、期待していた実験の進行の遅れはそれほど大きくはないものの、全体としてプロジェクトの進行の遅延が余儀なくされた。

Strategy for Future Research Activity

実験室移転にともなう実験装置の再セットアップなど研究環境の整備を早急に行い、これまでの研究結果で明らかとなった問題点とじっくり向き合い、実験とモデル検証に時間をかけて行なっていく。具体的には単一チャネル記録をより効率的に行うため工夫を施し、より信頼性の高いデータを取得したい。また、残された1年で一区切りの成果が得られるよう、研究分担者と密に連絡をとりながらモデルパラメーターの最適化を進めて行く予定である。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 7 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Disrupted CaV1.2 selectivity causes overlapping long QT and Brugada syndrome phenotypes in the CACNA1C-E1115K iPS cell model2023

    • Author(s)
      Kashiwa A、Makiyama T、Kohjitani H、Maurissen T L、Ishikawa T、Yamamoto Y、Wuriyanghai Y、Gao J、Huang H、Imamura T、Aizawa T、Nishikawa M、Chonabayashi K、Mishima H、Ohno S、Toyoda F、Sato S、Yoshiura K、Takahashi K、Yoshida Y、Woltjen K、Horie M、Makita N、Kimura T
    • Journal Title

      Heart Rhythm

      Volume: 20 Issue: 1 Pages: 89-99

    • DOI

      10.1016/j.hrthm.2022.08.021

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Novel Calmodulin Variant p.E46K Associated With Severe Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia Produces Robust Arrhythmogenicity in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes.2023

    • Author(s)
      Gao J, Makiyama T, Yamamoto Y, Kobayashi T, Aoki H, Maurissen TL, Wuriyanghai Y, Kashiwa A, Imamura T, Aizawa T, Huang H, Kohjitani H, Nishikawa M, Chonabayashi K, Fukuyama M, Manabe H, Nakau K, Wada T, Kato K, Toyoda F, Yoshida Y, Makita N, Woltjen K, Ohno S, Kurebayashi N, Murayama T, Sakurai T, Horie M, Kimura T.
    • Journal Title

      Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology

      Volume: 16 Issue: 3 Pages: 9999-9999

    • DOI

      10.1161/circep.122.011387

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Propofol, an Anesthetic Agent, Inhibits HCN Channels through the Allosteric Modulation of the cAMP-Dependent Gating Mechanism2022

    • Author(s)
      Shimizu Morihiro、Mi Xinya、Toyoda Futoshi、Kojima Akiko、Ding Wei-Guang、Fukushima Yutaka、Omatsu-Kanbe Mariko、Kitagawa Hirotoshi、Matsuura Hiroshi
    • Journal Title

      Biomolecules

      Volume: 12 Issue: 4 Pages: 570-570

    • DOI

      10.3390/biom12040570

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Editorial: Cardiac Pacemaking in Health and Disease: From Genes to Function2022

    • Author(s)
      D’Souza Alicia、Boink Gerard J. J.、Toyoda Futoshi、Mesirca Pietro
    • Journal Title

      Frontiers in Physiology

      Volume: 13 Pages: 913506-913506

    • DOI

      10.3389/fphys.2022.913506

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Increased CaV1.2 late current by a CACNA1C p.R412M variant causes an atypical Timothy syndrome without syndactyly.2022

    • Author(s)
      Ozawa J, Ohno S, Melgari D, Wang Q, Fukuyama M, Toyoda F, Makiyama T, Yoshinaga M, Suzuki H, Saitoh A, Ai T, Horie M.
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 18984-18984

    • DOI

      10.1038/s41598-022-23512-2

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Expression and functional maintenance of volume-regulated anion channels in myometrial smooth muscles of pregnant mice2022

    • Author(s)
      Yamada, W.G.Ding, M. Omatsu-Kanbe, F. Toyoda, S. Tsuji, D. Katsura, F. Kimura, H. Matsuura, T. Murakami.
    • Journal Title

      Experimental Animals

      Volume: 71 Issue: 2 Pages: 123-130

    • DOI

      10.1538/expanim.21-0111

    • NAID

      130008116959

    • ISSN
      0007-5124, 1341-1357, 1881-7122
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Gradient-based parameter optimization method to determine membrane ionic current composition in human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes2022

    • Author(s)
      Kohjitani Hirohiko、Koda Shigeya、Himeno Yukiko、Makiyama Takeru、Yamamoto Yuta、Yoshinaga Daisuke、Wuriyanghai Yimin、Kashiwa Asami、Toyoda Futoshi、Zhang Yixin、Amano Akira、Noma Akinori、Kimura Takeshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 19110-19110

    • DOI

      10.1038/s41598-022-23398-0

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Selective activation of adrenoceptors potentiates IKs current in pulmonary vein cardiomyocytes through the protein kinase A and C signaling pathways2021

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

      J Mol Cell Cardiol

      Volume: 161 Pages: 86-97

    • DOI

      10.1016/j.yjmcc.2021.08.004

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Allosteric gate mechanisms for retinal CNG and cardiac HCN channels2024

    • Author(s)
      Kiritohshi M, Akiyoshi K, Matsubara Y, Shimizu M, Toyoda F, Omatsu-Kanbe M
    • Organizer
      第101回 日本生理学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] L型カルシウムチャネル(Cav1.3)におけるCa2+およびNa+の濃度依存性の透過モード2023

    • Author(s)
      豊田 太、姫野友紀子、丁 維光、尾松万里子、松浦 博
    • Organizer
      第100回日本生理学会大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] CaV1.3 L型カルシウムチャネルにおけるCa2+および Na+の競合的透過機構2022

    • Author(s)
      豊田 太、野間昭典、姫野友紀子、丁 維光、尾松万里子、松浦 博
    • Organizer
      第99回日本生理学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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