2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the voltage and pH sensor mechanism of the voltage-gated H+ channel
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19H03403
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
藤原 祐一郎 香川大学, 医学部, 教授 (20532980)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオンチャネル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体がpHを感じたり、電圧を感じたりする機構は、生命現象を営むうえで最も基本的なセンサー機能でその分子メカニズム解明の必要性が叫ばれている。 本申請研究はそのメカニズム解明を目的として、本年度は『基盤となる、pHセンサーを探索し膜電位感知機能との関連を探る』を行った。（１）pHを感じる仕組みの一端を解明するためにpHセンサーの探索を行った。膜電位センサー機能との機能協関を知るために、pH感受性が変化する変異体、ゲート電流が出現する変異体を用いて解析を行った。
Hvチャネル分子内の塩橋を攪乱することでpH-insensitiveとなる変異体を得ることに成功した。pH勾配に影響を受けない他の電位センサー型蛋白質との配列および構造の比較から、変異体やキメラ体を作製しパッチクランプ法を用いて細胞内外のpHをコントロールした条件下で解析をすすめ、pHセンサーを構成する残基群を明らかにした。
H+電流（イオンの動き）とゲート電流（蛋白質の動き）、各々を電気生理学的に測定し、膜電位／pHセンシングからH+透過まで一連のプロセスを定量的に 解析した。（２）他の電位依存性チャネルの電位センサードメインに解析をすすめpH感受性に迫る試みを行った。 イオン透過と完全に独立した電位依存性K+チャネルの電位センサー(Kv)を用いて実験を行った。 KvはH+透らずpHにも影響されない。KvにpHセンサー機能を与えるこ試みを行い、Kvの電位センサーに変異を導入することでpH感受性の高いKvチャネルを作成することに成功した。過去に最も研究の進んでいるKv電位センサーとの比較により、なぜHvチャネルはユニークなセンサー特性を有するのか？を明らかに出来る下準備を整えた。
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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
基盤となる、pHセンサーを探索し膜電位感知機能との関連を探ることができたため。この基盤となる解析結果を活かして次年度以降の研究を飛躍的に進展させることができるため。研究内容は、学会にて発表することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）他の電位依存性チャネルの電位センサードメインとの機能の普遍性を明らかにする。電位センサー型分子一般に通じる理論の構築を目指す。KvにpHセンサー機能を与えるなど、新規センサーチャネルを自在に創製することを目指す。過去に最も研究の進んでいるKv電位センサーとの比較により、なぜHvチャネルはユニークなセンサー特性を有するのか？を明らかに出来る期待が持てる。
（2）計算科学への展開をはかり、膜電位センサー機構を論理的・視覚的に理解する。
今回の研究で得られる情報（変異体情報、構造変化の情報、H+透過量・移動電荷量などの機能出力情報）を導入しモデル構築・シミュレーションを行う。膜電位／pH感知機構の分子構造変化、理論的背景を目に見える形で理解し、研究成果を発信する。
（3）pH感受性、膜電位感受性に影響を与える因子を明らかにする。例えば、膜脂質との関係、膜の張力との関係を詳細に解析し、種々の入力刺激がHvチャネル機能に及ぼす影響を明らかにし、センサー機能の完全解明を目指す。
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