2011 Fiscal Year Annual Research Report
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22592214
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山西 整 大阪大学, 歯学研究科, 助教 (20397780)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮 成典 大阪大学, 歯学研究科, 助教 (00397762)
谷口 佳孝 大阪大学, 歯学研究科, 招聘教員 (10551468)
石橋 美樹 大阪大学, 歯学研究科, 招聘教員 (40412051)
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| Keywords | 持続性Naチャンネル / イオンチャンネルキネティクスモデル / 非活性化からの回復 / 呼吸中枢細胞 |
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| Research Abstract |
初年度の平成22年度には、非ペースメーカー呼吸中枢神経細胞を対象とし、ホールセルパッチクランプ・ボルテージクランプ記録を用いて、申請者らが数理モデルとして構築した持続性(抵抗性)Naチャンネル(persistent Nachannel : INaP)のイオンチャンネルモデルが実細胞に対してリアルタイムに、実際のINaPチャンネルと同様のチャンネル開閉キネティック特性を示すかどうかを検討し、良好な結果を得た。
2年目となる平成23年度は、それらのキネティック特性の中でも特に、「非活性化からの回復」プロセスについてより実験数を増して検討を加えた。これは、この「非活性化からの回復」プロセスが、過去の(他研究施設を含めた)研究にてほとんど詳しい検討がなされたことのなかった特性だからである。本プロジェクトではダイナミッククランプによって、コンピュータ上に構築したイオンチャンネルの数理モデルをリアルタイムに演算し、これを人工的なチャンネルとして実細胞上で操作するため、キネティック特性が実チャンネルと比較して誤差の大きいモデルを使用すると、それによって得たデータの信頼性が著しく減少する。このため、数理モデルの妥当性については厳しく検討する必要がある。検討の結果、申請者らが構築したオリジナルのINaPモデルは対象とする神経細胞の「非活性化からの回復」プロセスに対して、実細胞上では全体的にわずかに小さい時定数を示すことが明らかとなった。これらの実験結果から得られたキネティック特性を元に、再度数理モデルのパラメータセットの探索を行った結果、実細胞上にて「非活性化からの回復」プロセスを十分に満足のいく精度で再現することができるモデルを再構築することができた。
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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
本研究では、実細胞上において正確なチャンネル開閉キネティクスを示すことのできる数理モデルの構築が鍵となる。本研究ではこれまでのところ、再現することが非常に困難なため過去の研究においてもほとんど触れられなかった「非活性化からの回復」プロセスを満足のいく精度で再現することのできるモデルを構築できた。これは申請者らの知る限り世界初であり、これだけでも論文発表が十分に可能な程、重要な知見である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、新生仔ラットから抽出した延髄スライス標本内で機能的に活動を継続している呼吸中枢神経細胞に対して、平成23年度に得たINaPモデルを適用する。つまり十分な精度で実イオンチャンネルと同様のチャンネルキネティクスを示すことが確認できたアーティフィシャルなINaPチャンネルを実細胞上で操作する。その操作には、INaPを加算する、またはキャンセルするだけでなく、薬理学的に実細胞上のINaPをキャンセルした上で、アーティフィシャルなINaPのみで実細胞の挙動を確認し、そのキネティック特性を記録中に変化させる実験も含まれる。これは、INaPのどのような特性が、呼吸ペースメーカーニューロンのリズム形成メカニズムを制御しているかを非常にクリアに明らかとすることができる唯一かつ世界初のアプローチである。
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