2016 Fiscal Year Research-status Report
GABA-A受容体トラフィッキングによる新たな麻酔効果制御機構の解明
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15K10503
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
上野 伸哉 弘前大学, 医学研究科, 教授 (00312158)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾崎 拓 弘前大学, 医学研究科, 特任助教 (70621069) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 麻酔薬 / GABA / 受容体トラフィッキング / 受容体リン酸化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
麻酔薬効果を制御するメカニズムの解明を行い、ヒトへの麻酔導入、覚醒を同じ麻酔薬でもその麻酔の深さおよび時間を容易に調整できることを目指すことを目的としている。
現在手術麻酔において使用頻度の高い麻酔薬の多くは、主に脳内の抑制神経の伝達物質であるGABAの作用を増強することにより麻酔作用を発揮している。この麻酔作用発現には、①GABA-A受容体が細胞内であるべき場所に分布している必要があること②この分布調節に受容体リン酸化が大きくかかわっていることを明らかにした。また麻酔作用発現にシナプス直下に存在するGABA-A受容体を介した応答より、むしろシナプス外に存在するGABA-A受容体を介するものが大きくかかわっていることを明らかにした。GABA-A受容体のリン酸化が GABA-A受容体 がシナプス外に適切に分布するために必要であることを明らかにした。
実験結果として、シナプス外に存在するGABA-A受容体機能低下によって、麻酔薬の作用発現までの経過時間が延長し、作用持続時間の短縮がみられた。いわゆる麻酔薬が効きにくい状態を再現することができた。GABA-A受容体のシナプス外分布にかかわるタンパク質の一つとして Phospholipase C-related inactive protein type-1(PRIP-1)が考えられていた。PRIP-1の欠損動物において、シナプス外のGABA-A受容体の機能が減弱しており、このタンパク質が受容体分布を制御していることを明らかとした。さらに個体レベルにおいても、静脈麻酔薬による麻酔導入の遅延、麻酔作用時間の短縮が観察された。麻酔作用の減弱を、GABA-A受容体リン酸化を上昇する処置により、麻酔作用効果を復活させることも確認した。
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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
GABA-A受容体の分布異常が麻酔薬効果発現に関わることを証明した。またその分布調節の制御機構が①GABA-A受容体リン酸化②GABA-A受容体サブユニット構成に依存し、さらに③受容体リン酸化状態を変化させることによって、麻酔効果を強めたり、弱めたりすることが可能であることを明らかとしたこれらの結果は、当初研究計画において麻酔効果調節機構として予想したものに即したものである。
以上の実験結果を、論文として公表した（JPET , DOI: 10.1124/jpet.116.239145)。研究に用いたGABA-A受容体分布異常を示す遺伝子改変動物は、個体レベルにおける表現型において麻酔薬が効きにくいという性質のみならず、不安行動、疼痛反応への応答の異常がみられており、麻酔作用のみならず、脳高次機能との関連を示すものであった。これらの高次機能の変異は、麻酔覚醒後にも術後譫妄として認められるものであり、今回の知見を基にし、発展させたプロジェクトとしても有望なものとして考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
細胞に強制発現させたGABA-A受容体の可視化は行った。しかしながら、その蛍光強度が、空間的認識能として十分でなく、細胞内受容体分布、特に時間経過における移動を評価するレベルにまだない。それに代わるものとして、膜分画のタンパク質定量とリン酸化状態を解析を進める。これまでの成果によりGABA-A受容体トラフィッキングに受容体リン酸化が関わることを明らかにしたので、①膜画分を、シナプス直下、プレシナプス、細胞内器官の膜成分 シナプス外の膜成分に分離する方法を確立する。②この方法を用いトラフィッキング異常のある動物、麻酔薬に対する感受性が高い動物、逆に低い動物に対して、GABA-A受容体分布変化および、その構成するサブタイプを同定する。各病態モデル動物における、分布およびサブタユニット構成異常を定量の後に、その変化と麻酔効果との関連を探索する。特に麻酔作用の減弱がみられた動物モデルにおいて、サブユニット構成と、分布変化に関して、リン酸化状態を変化させ、これらのタンパク質の分布および構成変化と麻酔効果の変化を比較検討する。③リン酸化状態の変更には、PKA、PKCに対する特異的なの阻害剤、および活性化剤、逆に脱リン酸化阻害剤の影響下に、GABA応答の変化をパッチクランプ法を用いて解析する。また同様の処置をした後、受容体分布変化を、細分化して採取した膜分画毎に定量比較する。GABA-A受容体においてリン酸化の標的部位がすでに同定されているので、その部位にリン酸化が起こらないアミノ酸に変異させ、HEK細胞を用いた強制発現系細胞により、麻酔効果を制御するリン酸化部位を確定する。④最終的には、リン酸化調節による、麻酔効果変容を個体レベルにて解析する。
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Research Products
(8 results)
