二量子フィルタ-NMR法による細胞内Na^+,K^+イオンの動的パラメ-タ-の測定

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03231220
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 村上 政隆 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 助教授 (10104275)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 瀬尾 芳輝 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 助手 (90179317)
• Keywords: 核磁気共鳴法 / 二量子フィルタ-NMR法 / 細胞内Na^+イオン / 細胞内K^+イオン / 動的パラメ-タ / 分子相関時間 / 四極子結合定数

Research Abstract

^<23>Naはスピン3/2をもち、細胞質中でT_1とT_2の緩和が速く、細胞内で四重極相互作用がスピン3/2の核の緩和を促進していることが示された。水溶性の陽イオンは細胞内においても、細胞外においても、高分子のpolyelectrolyteと遭遇する。このような環境では相関時間は長くなり,四重極相互作用が ^<39>Kと^<23>Naの緩和を促進する。そしてスピン系は二つの横緩和(T_2)をもつ.今回,細胞内の ^<23>Na^+の緩和特性を詳細にするために、T_1,T_2二量子フィルタ-NMRを用い、横緩和および縦緩和速度定数の静磁場依存性を、灌流ラット顎下腺にて測定した。 ^<23>NaNMRスペクトルはWM/AMXー360wb(Bruker,8.45T),AMー200wb(4.7T),MSLー100(2.34T)spectrometer、10mm径広帯域プロ-ブを用いた。T_2二量子フィルタ-(Dー90^・ーτ/2ー180^・ーτ/2ー90^・ーδー90^・ー取り込み)、T_1二量子フィルタ-(Dー180^・ーτ/2ー90^・ーδー90^・ー取り込み)を用い測定した。オン-レゾナンスで得た自由誘導減衰(FID)信号を用い、横緩和速度定数s_1,s_2を決定した。creation time(τ)を変えて測定したFTスペクトルのピ-ク高を用い縦緩和速度定数d_1,d_2を決定した。測定値より1)static model,2)exchange modelの仮定のもと、細胞内 ^<23>Na^+の相関時間と四極子結合定数を推定した。1)static modelでは,細胞内液のNa^+の状態として均一な状態(homogeneous population)を仮定し,2)exchange model(交換モデル)では,細胞内にて,遅い運動状態のNa^+とextreme narrowing状態のNa^+が交換すると仮定した。測定値を両モデルにfittingした結果,相関係数(γ^2)がより高いexchangeモデルが支持された。excha ngeモデルの最適化の信頼性を検討すると、相関時間(7x10^<-8>sec)とS_<free>(100sec^<-1>)の値は信頼できることと、e^2qQ/hの値(1.75MHz)は最適化の誤差を含むことが確認された。
設備備品として申請されたコイルインサ-トは,消耗品と見なされた為,備品としては,現有装置に付加し,Fー19測定を行うことのできる前置増幅器を購入した。このプロ-ブにより細胞内のCaイオン測定が可能になる。

Research Products

• [Publications] Seo Y.: "Monitoring of intracellular ammonium in perfused rat salivary gland by nitrogenー14 nuclear magnetic resonance spectroscopy." Proc.R.Soc.Lond.B.244. 191-196 (1991)
• [Publications] 村上 政隆: "多核種NMR法による水電解質輸送機構の検討" 病態生理. 11. 101-110 (1992)
• [Publications] Matsumoto T.: "Dose effects of cholecystokinin and acetylcholine on phosphorus compounds and secretory responses in isolated perfused pancreas of rat." Jpn.J.Physiol.41. 483-492 (1991)
• [Publications] Nakahari,T.: "Dose effects of acetylcholine on the cell volume of rat mandibular saliva acini." Jpn.J.Physiol.41. 153-168 (1991)
• [Publications] Steward M.C.: "NMR relaxation characteristics of rubidiumー87 in perfused rat salivary glands" Proc.R.Soc.Lond.B.243. 115-120 (1991)
• [Publications] Wimperis S.: "Tripleーquantum sodium imaging." J.Magn.Reson.95. 428-436 (1991)
• [Publications] Murakami M.: "Ionic Basis and Energy Metabolism of Epithelial Transport" National Institute for Physiological Sciences(生理学研究所), 1-238 (1991)
• [Publications] Seo Y: "Relaxation Mechanism of Intra and Extrcellular Sodium" National Institute for Physilogical Sciences(生理学研究所), 1-170 (1991)