結晶構造解析モデルに基づくKチャネルにおける一価陽イオンの動的挙動の解明

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18790155
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大佐賀 敦 東北大学, 大学院・医学系研究科, 助手 (00396433)
• Keywords: Kチャネル / パッチクランプ法 / Rb / 単一チャネル電流

Research Abstract

本年度はKチャネル選択性フィルタヘのRbイオン進入時のチャネル電流の様相を説明するため、ddyマウスの顎下腺腺房細胞に対し、細胞内外のKおよびRb濃度を対称または非対称に変化させ、同細胞のインサイドアウトパッチ膜におけるLKチャネルの単一チャネル電流振幅をパッチクランプ法により評価した。その結果、K(Rb)イオン濃度を変化させた時の逆転電位はKのNernst電位から大きく外れ、概ね0mV付近となり、電流-電圧関係曲線は逆転電位付近でRbモル分率依存性に鋭く屈曲し、この屈曲部近傍を除き脱分極側・過分極側のそれぞれを直線で近似可能であった。電流振幅はRbのチャネルヘの進入を促進する電位レベル(Rbが細胞外(内)の場合、負(正)の膜電位)において、Rbのモル分率依存性に減少した。Rbのモル分率が増加するにつれて、コンダクタンスは純粋なKコンダクタンスから純粋なRbコンダクタンスヘと、下に凸に単調減少し、観察可能な極小点は実験上認められなかった。一方、Kのみがチャネルに進入しやすくなる電位(Rbが細胞外(内)の場合、正(負)の膜電位)では、このような減少は認められず、ほぼ一定のままKコンダクタンスを保持した。
このようなK、Rb2イオン条件における電流現象を説明する枠組みとして、X線結晶構造解析により構造学的裏付けが得られた選択性フィルタにおける一列拡散の概念を導入した。純粋なK、Rbコンダクタンスを基に、それぞれのイオン種の確率で重み付けをした線形和で2イオン条件下のコンダクタンスを表現するモデルを用い、実験結果のコンダクタンスを最適に表現できる係数を求めた。その結果、選択性フィルタにおけるイオンの結合親和性に関して、RbはKに比して約2〜6倍高く、かつ細胞外側と内側とでは異なる結合親和性を持つことが示唆された。