ストイキオメトリーの違いを考慮したＫＣＮＱ１チャネル活性化機構の光生理学的解析

• Project Area: Establishment of Integrative Multi-level Systems Biology and its Applications
• Project/Area Number: 25136724
• 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: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 中條 浩一 生理学研究所, 分子生理研究系, 助教 (80390699)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000); Fiscal Year 2014: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2013: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: イオンチャネル / カリウムチャネル / 電位センサー / 光生理学 / 不整脈 / QT短縮症候群 / KCNQ1 / KCNE1 / 電気生理学 / 蛍光イメージング / QT延長症候群

Outline of Annual Research Achievements

心室筋などにおいて重要な役割を果たしているIKs電流は、KCNQ1チャネルとその修飾サブユニットKCNE1で担われている。本研究は、光生理学的手法を適用することにより、KCNQ1-KCNE1複合体の活性化機構を明らかにしてそのKinetic Modelを作ることが目的であった。
26年度はVoltage clamp fluorometry実験の効率を高める目的で新たに蛍光顕微鏡用LED光源を導入した。昨年度までに同定した、KCNQ1電位センサードメイン上の232番目のフェニルアラニン残基とKCNQ1ポアドメイン上の279番目のフェニルアラニン残基が、KCNE1存在下で衝突することで活性化を妨げているという仮説を検証する目的で、Voltage clamp fluorometry実験をさらにすすめたところ、これらのアミノ酸残基が電位センサーの動きにはそれほど影響を与えていないものの、電位センサーがあがってゲートが開く段階、すなわち両者のカップリングを遅くしていることが新たに明らかとなった。野生型のKCNQ1-KCNE1複合体において、電位センサーがあがってから開くまでのステップを2段階に分割するようなKinetic Modelを想定すると、KCNE1は特に電位センサーがあがってからゲートが開く第2段階を遅くしていると考えられた。
またヒトでこれまでに同定されているKCNQ1のQT短縮症候群に関わるアミノ酸変異について、同様にVoltage clamp fluorometry法を適用し、電位センサーの動きを検証した。これらの変異体では大部分の電位センサーがすでに第1段階と第2段階の中間に位置しており、KCNQ1チャネルが非常に開きやすい状態になっていることが示唆された。上記の「2段階 Kinetic Model」を考えることで、変異が疾患を引き起こす仕組みを理解する助けとなった。

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] KCNQ1 channel modulation by KCNE proteins via the voltage-sensing domain (2015)
  • Author(s): Koichi Nakajo, Yoshihiro Kubo
  • Journal Title: Journal of Physiology Volume: in press Issue: 12 Pages: 2617-2625
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2014.287672
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Steric hindrance between S4 and S5 of the KCNQ1/KCNE1 channel hampers pore opening (2014)
  • Author(s): Koichi Nakajo, Yoshihiro Kubo
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1 Pages: 4100-4100
  • DOI: 10.1038/ncomms5100
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The stoichiometry and biophysical properties of the Kv4 potassium channel complex with K+ channel-interacting protein (KChIP) subunits are variable, depending on the relative expression level (2014)
  • Author(s): Masahiro Kitazawa, Yoshihiro Kubo, Koichi Nakajo
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 289 Issue: 25 Pages: 17597-17609
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.563452
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 電位依存性カリウムチャネルKCNQ1の複合体ストイキオメトリーと機能制御機構 (2013)
  • Author(s): 中條浩一、久保義弘
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 53 Pages: 313-316
  • NAID: 10031203608
  • Peer Reviewed
• [Presentation] QT短縮症候群を起こす変異を持ったKCNQ1チャネルの電位センサーの動きの変化 (2015)
  • Author(s): 中條浩一、久保義弘
  • Organizer: 第120回日本解剖学会総会・全国学術集会 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] hERGチャネルの遅い脱活性化に関与するEAGドメイン、S4-S5リンカー、およびCリンカーの相互作用の解析 (2015)
  • Author(s): 粂慎一郎、中條浩一、久保義弘
  • Organizer: 第120回日本解剖学会総会・全国学術集会 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] Kv4.2/DPP10複合体は4:2チャネルを形成しやすい (2015)
  • Author(s): 北沢和寛、中條浩一、久保義弘
  • Organizer: 第120回日本解剖学会総会・全国学術集会 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] KCNQ1/KCNE1チャネルを開きにくくしている分子メカニズム (2014)
  • Author(s): 中條浩一、久保義弘
  • Organizer: 中部日本生理学会
  • Place of Presentation: 名古屋市立大学(愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2014-11-08
• [Presentation] Dynamic aspects of the subunit stoichiometry of the KCNQ1/KCNE channel complex
  • Author(s): Koichi Nakajo, Yoshihiro Kubo
  • Organizer: 第37回国際生理学会議 (IUPS 2013)
  • Place of Presentation: Birmingham, UK
  • Invited
• [Presentation] A pair of phenylalanine residues on the S4 and S5 segments create a physical and energy barrier for the voltage sensor in KCNQ1/KCNE1 channel
  • Author(s): Koichi Nakajo, Yoshihiro Kubo
  • Organizer: Biophysical Society 58th Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] S4およびS5セグメントのフェニルアラニン残基がつくる電位センサードメインに対する物理的な障壁がKCNQ1/KCNE1チャネルのゲーティングを遅くする
  • Author(s): 中條浩一、久保義弘
  • Organizer: 第91回日本生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学(鹿児島県)
• [Presentation] Kv4イオンチャネル複合体のストイキオメトリーと機能はKChIPの発現量依存的に変化する
  • Author(s): 北沢和寛、中條浩一、久保義弘
  • Organizer: 第91回日本生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学(鹿児島県)
• [Presentation] S4-S5 linkerとC-linker間の相互作用はhERGチャネルの遅い脱活性化を制御する
  • Author(s): 粂慎一郎、中條浩一、久保義弘
  • Organizer: 第91回日本生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学(鹿児島県)
• [Remarks] 日本生理学会ホームページ サイエンストピックス
  • URL: http://physiology.jp/science-topic/10510/
• [Remarks] 生理学研究所ホームページ プレスリリース
  • URL: http://www.nips.ac.jp/release/2014/06/kcnq1kcne1.html