Physiological implications of the action potential in the zebrafish fast trunk muscle.
| Project/Area Number |
22K06837
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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 48020:Physiology-related
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| Research Institution | Osaka Medical and Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
坂田 宗平 大阪医科薬科大学, 医学部, 准教授 (40528006)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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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 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 電位依存性ナトリウムチャネル / ゼブラフィッシュ / 筋収縮 / 活動電位 / 筋 |
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| Outline of Research at the Start |
筋収縮に活動電位が必須であることは広く知られている。活動電位は電位依存性ナトリウムチャネルにより形成されるが、最近ゼブラフィッシュにおいて筋のナトリウムチャネルをノックアウトしたところ、驚いたことに野生型と同等の運動能力を有していた。本研究では、電気生理学的手法や数理シミュレーションなどを用いて、このゼブラフィッシュの筋がどのようなメカニズムで収縮するのか研究し、これまであまり知られてこなかったもう一つの筋収縮メカニズムの存在を明らかにする。さらに生物進化の観点から、いつの時点で収縮メカニズムの変容が起こったのか明らかにしたい。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題に先立ち、我々はゼブラフィッシュにおいて筋特異的に発現している電位依存性ナトリウムチャネル(Nav)をノックアウト個体を作成したところ、この個体の運動は野生型のものとほぼ同等であることを観察した。この個体は筋においてNavを欠失している可能性があるが、一般に筋のNavは筋収縮に必須であると考えられているため、ヒトなどとは異なりゼブラフィッシュでは他のサブタイプのNavが発現機能している可能性も考えられる。そのため本研究の遂行にあたりまず、Navを欠失した個体(NavKO)の筋においてパッチクランプ法によりナトリウム電流の計測を行ったところ、野生型ではナトリウム電流が計測された一方、NavKOではナトリウム電流が計測されなかった。このことからNavKOでは筋でNavが発現していないことが確認された。
筋収縮の過程ではNavによる活動電位が形成され、それが筋細胞内でのカルシウム濃度の上昇を引き起こし、これが引き金になって筋が収縮することが知られている。NavKOにおいてもこのプロセスが同様に機能しているのかどうか調べるために、カルシウムインジケーターであるGCaMPを筋に導入して、カルシウム濃度変化を調べたところ、野生型と同様にNavKOにおいても筋収縮時にカルシウム濃度変化が起こることを明らかにした。これらの結果は、驚くべきことにゼブラフィッシュでは一般に筋収縮に必須であると考えられているNavがなくても筋が機能することを示している。
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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
パッチクランプ法により筋からナトリウム電流を計測することに成功し、またカルシウムイメージングを行うことで、電位依存性ナトリウムチャネルを欠失した個体の筋収縮のメカニズムは野生型と変わらない可能性が示された。これらは重要な知見であり、またおおむね当初予定していたとおりの進捗であるため、”おおむね順調に進展している”とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果により電位依存性ナトリウムチャネル欠失個体（NavKO）の筋は、野生型と同等に機能することが明らかになった。これが正しいのであれば、電位依存性ナトリウムチャネルの阻害剤として広く知られているテトロドトキシン（TTX）存在下でも野生型の筋は収縮することになる。そのためTTX存在下でカルシウムイメージングを行い、Navを阻害しても野生型の筋が収縮することを示すことを計画している。
カルシウムイメージングの実験は筋組織を使用して行った。筋の刺激はアセチルコリンを使用したが、水流に物理刺激が感覚器を刺激している可能性や、ローカルな反射回路により、本来刺激されていない筋が収縮している可能性もある。そのため次年度は筋を単離しカルシウムイメージングを行うことを予定している。
また一般的に筋の電位依存性ナトリウムチャネル(Nav)は活動電位の形成に必須であり、活動電位が筋全体に電気的な興奮を伝えるため、筋収縮が可能になると考えられている。NavKOでは活動電位がないため、どのようなメカニズムで筋が収縮するのか明らかにしたいと考えている。そのため数理シミュレーションを行い、NavKOにおける筋収縮のメカニズムの一端を明らかにしたいと考えている。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
