2017 Fiscal Year Research-status Report
イオンチャネルの多量体化の機構の解明とその生理的意義
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17K17768
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
炭竈 享司 福井大学, 学術研究院医学系部門, 特命助教 (30579412)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / シミュレーション / 細胞膜 / チャネル / トキシン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、合成されたイオンチャネルが細胞膜中にどのように侵入し、どのようにチャネル構造を形成して機能を発揮するかを解明することを目的とする。そのために、最も単純なチャネルの一つであるpolytheonamide B (pB)について調べた。pBは海面由来の毒（トキシン）であり、異常アミノ酸を含む48残基からなるチャネルである。細胞膜に侵入して細胞内外の溶液をチャネルで繋ぎ、その結果、膜電位を消失させることでトキシンとしての活性を持つと考えられている。
方法には原子レベルでのチャネル等の運動を追跡できる分子動力学シミュレーションを用いた。pBは従来のポテンシャル関数には含まれない異常アミノ酸を持つため、シミュレーションに先立ち、これらの異常アミノ酸のポテンシャル関数を開発することから始めた。開発は困難を極めたが、開発したポテンシャル関数を用いてクロロホルム／メタノール混合溶液中でのpBのシミュレーションを行った。得られた構造はNMRによって測定された構造とよく一致した。これは、開発したポテンシャル関数が概ね正しいことを示している。
さらに、どのようにpBが細胞膜に侵入するのかを調べるため、侵入前後の構造、すなわち、水中と細胞膜中での構造を作成した。水中においては、pBは時々折れ曲がることが分かった。一方、細胞膜中ではpBは3 μsのシミュレーションの間、ほぼ安定に構造を維持し続けた。また、pBのチャネル内の水分子を調べると、水中よりも細胞膜中においてpB内の水分子の配向が拘束されることが分かった。
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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
最も単純なチャネルの一つであるpBについて、ゼロから研究を始めてポテンシャル関数の開発、さらに細胞膜中での構造の作成まで行い、論文を発表した。この知見・経験は本来解明すべきヒトの持つイオンチャネル（K+チャネル、Na+チャネル等）の研究に応用可能と考えられる。そのため、初年度の研究状況としては概ね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、pBの水中から細胞膜への侵入過程について、分子動力学シミュレーションによる観察を行い、どのように侵入するのか、その分子機構を解明する。
また、K+やNa+チャネルの単量体がどのように細胞膜に侵入するのか、さらに、どのようにそれらが集合してチャネル活性を持つのか、研究の開始を試みる。
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| Causes of Carryover |
概ね予算の通り執行したが、当初計画よりも安く購入できたため。
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