実験・計算科学による内耳臓器内カリウムイオン循環の機能解析

• Project Area: Establishment of Integrative Multi-level Systems Biology and its Applications
• Project/Area Number: 25136704
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 任 書晃 新潟大学, 医歯学系, 助教 (80644905)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2014: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 内リンパ液高電位 / 聴覚生理学 / イオン輸送 / 内リンパ液電位

Outline of Annual Research Achievements

内耳蝸牛を満たす細胞外液「内リンパ液」は、150 mMの高K+濃度と+80 mVの高電位を呈する。この特殊なK+環境は、聴覚機能に必須であるが、その基礎としてK+動態の理解が欠かせない。我々は、K+イオン電極を作成し、内リンパ液の高電位の成立が、蝸牛の上皮組織「らせん靭帯」におけるイオン動態に基づくことを明らかにした。らせん靭帯には、Na+,K+APTaseとNa+, K+, Cl-共輸送体が発現しているが、これらの寄与は不明であった。具体的には、K+イオン電極を生動物のらせん靭帯に刺入し、そこでイオン輸送体の阻害薬であるウアバイン、ブメタニドを血管から潅流した。その結果、ウアバインではらせん靭帯のK+濃度が減少したのに対し、ブメタニドでは変化がなかった。本課題では、盛んなイオン輸送の場であるらせん靭帯のK+濃度が、主にNa+,K+APTaseによって維持されていることが明らかになった。さらに計算科学の手法を駆使して、定量的・理論的にこの実証を行い、実験結果の再現に成功した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] NKCCs in the fibrocytes of the spiral ligament are silent on the unidirectional K+ transport that controls the electrochemical properties in the mammalian cochlea (2015)
  • Author(s): Yoshida T, Nin F, Ogata G, Uetsuka S, Kitahara T, Inohara H, Akazawa K, Komune S, Kurachi Y, Hibino H
  • Journal Title: Pflugers Archiv - European Journal of Physiology Volume: in press Issue: 7 Pages: 1577-1589
  • DOI: 10.1007/s00424-014-1597-9
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The mechanism underlying maintenance of the endocochlear potential by the K+ transport system in fibrocytes of the inner ear (2013)
  • Author(s): Naoko Adachi, Takamasa Yoshida, Fumiaki Nin, Genki Ogata, Soichiro Yamaguchi, Toshihiro Suzuki, Sizuo Komune, Yasuo Hisa, Hiroshi Hibino and Yoshihisa Kurachi
  • Journal Title: Journal of Physiology (London) Volume: 591(18) Issue: 18 Pages: 4459-4472
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2013.258046
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 内リンパ液高電位の成立におけるNa+,K+,2Cl-共輸送体の機能解析 (2014)
  • Author(s): 吉田 崇正、任 書晃、緒方 元気、上塚 学、小宗 静男、倉智 嘉久、日比野 浩
  • Organizer: 第91回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス、鹿児島
• [Presentation] 内リンパ液高電位の成立におけるNa+,K+,2Cl-共輸送体の機能解析 (2014)
  • Author(s): 吉田 崇正、任 書晃、緒方 元気、上塚 学、小宗 静男、倉智 嘉久、日比野 浩
  • Organizer: 第87回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、仙台