2021 Fiscal Year Research-status Report
L型Caチャネルのイオン透過機構と心臓ペースメーカー細胞の持続性内向き電流
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21K06781
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| Research Institution | Shiga University of Medical Science |
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Principal Investigator |
豊田 太 滋賀医科大学, 医学部, 助教 (90324574)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
姫野 友紀子 立命館大学, 生命科学部, 助教 (10534365)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | イオンチャネル / L型カルシウムチャネル / 洞房結節 / 持続性内向き電流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心臓の洞房結節で観察される持続性内向き電流は、心臓の拍動リズムの形成に寄与すると考えられている。しかしながら、その分子基盤は長らく明らかでなかった。そのような中、我々はL型CaチャネルであるCav1.3のノックアウトマウスでこの電流が消失することを見出している。しかしながら、持続性内向き電流は従来Naイオンで運ばれる電流として知られており、Caイオン選択性のL型CaチャネルがどのようにNa電流を発生させるのかは不明であった。本研究は、L型Caチャネルのイオン透過機構を詳細に調べ、心臓ペースメーカー細胞の持続性内向き電流との関連を明らかにすることを目的としている。令和３年度の研究計画として、Cav1.3のイオン選択特性の実験計測と理論構築を目標とした。異種性にCav1.3を発現させ、パッチクランプ法を用いてCav1.3のCaイオンとNaイオンの透過性を定量的に検証した。また、理論研究においては、研究分担者の姫野と古典的なCaチャネルのAlmers & McCleskeyのモデル（AMモデル）を用いてパラメーターの最適化を行なった。研究成果としては、１）パッチクランプ実験において、異種性に発現させたL型Caチャネル（Cav1.3）はKd値が1 μM程度の非常に高いCaイオン感受性を示したにもかかわらず、mM程度のCaイオンが存在してもわずかにNaイオンを透過することが判明した。また、２）AMモデルを用いた理論検証を行なったところ、少なくとも２つのモードがL型Caチャネルのイオン選択機序に関与していることが示唆された。
これらの実験結果は、令和３年度の日本生理学会大会で報告した。
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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
当初の計画では、イオン特異的傾向指示薬を用いたイオン選択的動態測定を行う予定をしていたが、所属機関の建物改修工事にともない研究室の移転があり、新たな実験システムを構築する時間的な余裕がなかった。しかしながら、当該実験を行わずとも当初の計画していたCav1.3のイオン選択特性の定量測定はパッチクランプ実験で十分に達成できており、本プロジェクトは概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験結果に基づく理論研究で示唆された「少なくとも２つのモードがL型Caチャネルのイオン選択機序に関与する」とした新たな仮説を、再度パッチクランプ実験にフィードバックし、単一チャネルレベルでの仮説検証を行いたい。
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| Causes of Carryover |
本年度は所属機関の建物改修工事があり、研究室の移転により実験システムの再構築など研究活動の遅滞を余儀なくされる状況にあった。シミュレーション研究など環境を選ばない実験系を優先的に行うことで研究内容は概ね順調に進行していると言えるが、パッチクランプ実験など設備を要する研究活動を次年度に回した。その結果、本年度の研究費の使用額が減少したが、その分は次年度に使用する予定である。
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