2018 Fiscal Year Research-status Report
Exploring the molecular mechanism of the membrane lipid dependent gating of ion channels
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17K07360
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
岩本 真幸 福井大学, 学術研究院医学系部門, 助教 (40452122)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | チャネル / 膜 / 脂質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞膜を貫通したイオン専用の移動路を形成するイオンチャネル蛋白質は、細胞機能に必須の膜電位形成のみならず、神経伝達物質の放出や筋収縮を引き起こすなど、その役割は広範に及ぶ。イオンチャネルの活性（移動路の開閉）は細胞内外からの様々な刺激によって制御されるが、存在場所の細胞膜の脂質組成が活性を左右することも定性的に知られてきた。本研究では、イオンチャネル活性に対する細胞膜脂質の効果を定量的に解析し、これまで明らかにされていない脂質効果の分子メカニズム解明を目指し、細胞膜脂質組成の時空間的変化が活性制御に寄与する可能性について検討する。
本年度は、これまでに発見したKcsAカリウムイオンチャネルがコレステロール存在下で閉塞する現象のメカニズム解明を試みた。その結果、コレステロールに限らず様々な膜ステロール類が濃度依存的に同様の効果を示すこと、いずれの膜ステロール類も濃度依存的に膜張力を減少させる効果があることがわかった。よって、ステロールによるチャネルの閉塞は、膜張力の変化を介した間接的な効果である可能性が示唆された。これを証明するため、KcsAチャネルを酸性pHで活性化した上で、独自の人工膜実験法（CBB法）で膜張力を直接操作しチャネル開確率への影響を調べた。その結果、膜張力の減少によって開確率が低下することがわかった。また、KcsAチャネルが活性化しない中性pH下では、膜張力を増大させてもチャネルの活性化は観測されなかった。以上の結果から、KcsAチャネルの開確率（活性）は第1に酸性pH（水素イオン）、第2に細胞膜張力で制御されていることが明らかになった。
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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
脂質二重膜へのコレステロール投与によりKcsAチャネルが閉塞する、という初年度に発見した現象のメカニズム解明を試み、CBB法を応用してそれを達成することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
KcsAチャネルの様に本来張力依存性チャネルと考えられていなかったチャネルにおいても、膜張力が活性調節因子として作用することが明らかになった。細胞膜に埋まっている膜タンパク質は等しく膜張力の影響下にあることから、KcsAチャネルで明らかになった特性は他のチャネル、ひいては膜タンパク質に普遍的な可能性がある。よって今後、KcsAチャネル以外のチャネルにおいて、活性の膜張力依存性を調べる必要がある。また、KcsAチャネルにおける膜張力感知の分子メカニズム解明も試みたい。
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| Causes of Carryover |
消耗品使用量が想定より少なく、当該年度に新たに購入する必要がなかった。その分の消耗品は次年度に必要となる見込みである。
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