海生軟体動物を用いた神経生理学の新展開

• 研究課題/領域番号: 03044152
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 山岸 俊一 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 教授 (70014032)
• 研究分担者: ケインズ R.D. ケンブリッジ大学, 名誉教授 ; ホイットフィールド M プリマウス海洋生物研究所, 所長 ; デントン E. プリマウス海洋生物研究所, 前所長 ; ボーン Q プリマウス海洋生物研究所, 名誉所員 ; ウィリアムソン R. プリマウス海洋生物研究所, 上級研究員 ; ブラウン E.R. プリマウス海洋生物研究所, 研究員 ; アボット N.J. ロンドン大学, キングス校, 副教授 ; 渡辺 昭 早稲田大学, 人間科学部, 教授 (30013791) ; 江橋 節郎 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 名誉教授 (10009863) ; 井上 勲 徳島大学, 酵素科学研究センター, 助教授 (80001973) ; 筒井 泉雄 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 助手 (80202183) ; 久木田 文夫 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 助手 (40113427) ; KEYNES Richard D. Cambridge University ; DENTON Eric Plymouth Marine Biological Association Laboratory ; WILLIAMSON Roddy Plymouth Marine Biological Association Laboratory ; BROWN Euan Plymouth Marine Biological Association Laboratory ; ABBOTT Joan N. University London, King's College ; WHITFIELD Michael Plymouth Marine Biological Association Laboratory ; メッセンジャー J B シェフィールド大学, 副教授 ; ウィリアムソン R プリマスMBA研究所, 研究員 ; ブラウン E R プリマスMBA研究所, 研究員 ; ケインズ R D ケンブリッジ大学, 名誉教授 ; デントン E プリマスMBA研究所, 前所長 ; アボット N J ロンドン大学, キングス校, 副教授 ; ブラウン E. ブリマスMBA研究所, 研究員 ; ボーン Q. ブリマスMBA研究所, 研究員
• 研究期間 (年度): 1991 – 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 20,000千円 (直接経費: 20,000千円); 1993年度: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円); 1992年度: 7,000千円 (直接経費: 7,000千円); 1991年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円)
• キーワード: 海生軟体動物 / シュワン細胞 / 神経線維 / イオンチャネル / K^+蓄積 / 感覚細胞 / 興奮-収縮連関 / 分子進化 / 神経生理学 / 頭足類 / 感覚生理学 / 動物愛護

研究概要

本国際学術研究(共同研究)海生軟体動物、特にイカ類およびタコ類を用いた神経・脳の機能を明らかにすることを目標として1991年度(平成3年度)より3ヵ年の研究計画として発足した。共同研究は英国のプリマウス海洋生物研究所の研究グループと日本の生理学研究所および伊根実験室、徳島大学海洋生物研究所の研究グループとの間で進められ、日英双方の研究者が共通の関心をもつ研究課題について、実験動物の確保、研究機器と技術の相互利用、情報交換のため英国派遣と日本来訪を交互に進めながら、活発な研究展開を目指したものであった。
研究テーマはシュワン細胞と神経線維の相互作用の研究、シュワン細胞の細胞生理学、神経線維のイオンチャネルの研究、頭足類の脳および感覚細胞の研究、軟体動物を中心とした海生生物の筋細胞の比較生理学的研究で、それぞれについて新しい知見を得ることができた。
平成5年度の研究交流としては5月にAbbott博士(プリマウスMBAおよびロンドン大学)が生理研に来所してシュワン-神経細胞作用に関する共同実験、6月にBone博士が来日、徳島大学で井上、筒井と共に筋細胞機能の分子進化に関する共同実験、7月にBrown博士が徳島大学および生理研来訪、単離シュワン細胞に関する共同実験が進められた。一方、久木田は6月半ばから1ヵ月間プリマウスへ赴き、シュワン細胞および神経イオンチャネルの共同実験、7月下旬より井上、筒井はプリマウスでシュワン細胞および筋細胞に関する約1ヵ月の共同実験を進めた。この間、江橋と山岸は、8月初旬グラスゴウで開催された国際生理科学会議で研究発表の後、プリマウスを訪問、Whitfield所長、Denton元所長(日本国際賞受賞)と親しく日英研究交流の諸問題について意見交換を行い、一層の協力関係の推進を話し合った。年明けて1月下旬よりWilliamson博士が生理研来訪、タコ脳および感覚受容器の共同実験を進めた。
次に、主な研究成果について述べる。イカ巨大神経線維のシュワン細胞およびシュワン細胞・神経線維間相互作用の研究はBrown、Abbott、久木田、井上、筒井、山岸の共同研究として進められた。イカ巨大神経線維を取り巻くシュワン細胞の性質については解明されていない部分が多かったが、Brownら、プリマウスグループにより次第に細胞形態の特徴が明らかにされてきた。機能面では神経興奮によってシュワン・神経線維間に一時的に蓄積したKイオンをシュワン細胞が輸送し、定常濃度に戻す機能が示唆された(Brownら、久木田ら)。また海生生物の細胞へのパッチクランプ法の適用は技術的に難しかったが、酵素的に単離したシュワン細胞標本のパッチクランプに成功し、Ca^<2+>依存性K^+チャネルの存在を明らかにした(Brown、井上、筒井)。これにより、微小電極法で観察されていた過分極現象は細胞内に流入したCa^<2+>によるK^+チャネルの活性化と判明した。シュワン細胞のK^+吸収機構、シュワン細胞から神経線維への情報伝達物質と見られるグルタミン酸の作用機序の解明が引続き今後の課題である。また、Williamson博士は日本で開発されたCCDカメラを用いて、イカ、タコの脳スライス標本における感覚受容神経回路究明の研究をスタートさせ、新しい観測結果を得ることができた。
以上の研究のほか、骨格筋興奮・収縮関連の分子進化の課題がプリマウス訪問後の共同討議の中で新たに取り上げられ、井上、筒井、Bone、Brownの共同研究として進められた。高等脊椎動物骨格筋の興奮-収縮関連の際立った特徴は細胞外からのCa^<2+>流入がなくても、筋小胞体からのCa^<2+>遊離により収縮できることである。一方、平滑筋細胞や下等動物筋細胞の収縮は細胞外Ca^<2+>の流入を必要とする。プリマウス研究所Bone博士と論議を重ね、各種の海生生物の単一筋細胞のパッチクランプ法により、DHPで阻害されるCa^<2+>チャネル電流と膜内固定電荷移動計測を指標に筋収縮におけるCa^<2+>要求特性を分子進化の視点で比較検討を進めた。プリマウスでは軟骨魚類dogfish(サメ)、無顎類lamprey(カワヤツメ)、頭索類amphioxus(ナメクジウオ)、軟体動物squid(イカ)の筋細胞について調べ、徳島では原索動物oikopleura(オタマボヤ)、doliolum(ウミタル)、毛顎動物sagitta(ヤムシ)、軟体動物scallop(ホタテガイ)の横紋筋細胞について調べた。その結果、筋の興奮-収縮関連の分子進化のステップは無顎類と原索動物の間で起ったこと、そしてDHP感受性の膜内電荷移動の発現と一致することが強く示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Kukita,F.et al.: "Kinetic analysis of the denaturation process of sodium channels in squid giant axon by alcohls" J.Physiol.463. 523-543 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Inoue,I.et al.: "Comparative physiology of excitation-contraction coupling" Jap.J.Physiol.43. 275-278 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Yamagishi,S.et al.: "The emergence of chloride conductance by intracellular ionic conditions in squid giant axons." Jpn J Physiol.43(s2). s171 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Inoue,I.et al.: "Evolution of skeletal muscle excitation-contraction coupling and the appearance of dihydropyridine-sensitive intramembrane charge movement" Proc.Roy Soc.Lond.B.(in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 山岸俊一: "イギリス生理学の伝統と現在" 医学のあゆみ. 166. 578-580 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 山岸俊一: "海生生物を用いた神経・筋生理学の展開" 学術月報. (印刷中). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Abbott,N.J.et al.: "Electrophysiology of squid Schwann cells.In:Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N.J.,Williamson,R.& Maddok,L.)" Oxford University Press(in press), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Inoue,I.et al.: "Resting and active K channels in the squid axon membrane.In:Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N.J.,Williamson,R.and Maddok,L.)" Oxford University Press(in press), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Yamagishi,S.et al.: "The effect of internal Ca^<2+> and Mg^<2+> on ion channels in the squid giant axons.In:Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N.,Williamson,R.and Maddock,L.M.)" Oxford University Press(in press), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kishimoto,U.et al.: "Voltage dependence of the ouabain-sensitive current of the squid axon membrane.In:Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N.J.,Williamson,R.and Maddok,L.)" Oxford University Press(in press), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Pichon,Y.et al.: "Periaxonal K^+ accumulation and regulation in the squid.In:Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N.J.,Williamson,R.and Maddok,L.)" Oxford University Press(in press), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Inoue,I.et al.: "Evolution of skeletal muscle excitation-contraction coupling.In:“Towards molecular Buiphysics of Ion Channels"." Elsevier Science Inc.Amsterdam(in press), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kukita,F.et al.: "Kinetic analysis of the denaturation process of sodium channels in squid giant axon by alcohols" J.Physiol.463. 523-543 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Inoue,I.et al.: "Comparative physiology of excitation-contraction coupling" Jap.J.Physiol.43. 275-278 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yamagishi,S.et al.: "The emergence of chloride conductance by intracellular ionic conditions in squid giant axons." Jpn J Physiol.43(s2). s171 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Inoue,I.et al.: "Evolution of skeletal muscle excitation-contraction coupling and the appearance of dihydropyridine-sensitive intramembrane charge movement" Proc.Roy Soc.Lond.B.(in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] ****: "*************." ******.166. 578-580 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] ****: "**********.*******" ****. (***). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Abbott,N.J.et al.: Oxford University Press(in press). Electrophysiology of squid Schwann cells. In : Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N.J., Williamson,R. & Maddok,L.), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Inoue,I.et al.: Oxford University Press(in press). Resting and active K channels in the squid axon membrane. In : Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N.J., Williamson,R. and Maddok,L.), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yamagishi,S.et al.: Oxford University Press(in press). The effect of internal Ca^<2+> and Mg^<2+> on ion channels in the squid giant axons. In : Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N., Williamson,R. and Maddock,L.M.), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kishimoto,U.et al.: Oxford University Press(in press). Voltage dependence of the ouabain-sensitive current of the squid axon membrane. In : Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N.J., Williamson,R. and Maddok,L.), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Pichon,Y.et al.: (in press). Periaxonal K^+ accumulation and regulation in the squid. In : Cephalopod Neurobiology.(Ed.Abbott,N.J., Williamson,R. and Maddok,L.), (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Inoue,I.et al.: Elsevier Science Inc. Amsterdam(in press). Evolution of skeletal muscle excitation-contraction coupling. In : "Towards molecular Buiphysics of Ion Channels"., (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Inoue,I.: "Resting and active K channel in sguid axon membrane." in Cephalopod Neurobiology ed N.J.ABBOTT & R.Williamson.
• [文献書誌] Yamagishi,I.他: "Regulatory effects of intracellularly applied calcium and magnesium ions on ion channel activities in sguid giant axons." in Cephalopod Neurobiology ed N.J.ABBOTT & R.Williamson.
• [文献書誌] Kukita,F.他: "Kinetic analysis of the denaturation process of sodium channels in sguid giant axon by alcohols." J.Physiol.463. 523-543 (1993)
• [文献書誌] Brown,E.他: "Merphology and electrical properties of Schwann cells around the giant axon of the sguids Loligo forbesi & Loligo vulgaris." Proc.R.Soc.Lond.B. 243. 255-262 (1991)
• [文献書誌] Inoue,I.;ed N.J.ABBOTT & R.Williamson: "Resting and active K channel in squid axon membrane." Cephalopod Neurobiology.
• [文献書誌] Yamagishi,I.;ed N.J.ABBOTT & Williamson: "Regulatory effects of intercellularly applied calcium and magnesium ions on ion channel activities in squid giant axons." in Cephalopod Neurobiology.
• [文献書誌] Kukita,F.: "Kinetic analysis of the denaturation process of sodium channels in squid giant axon by alcohols." J.Physiol.
• [文献書誌] Brown,E.: "Morphology and electrical properties of Schwann cells around the giant axon of the squids Loligo forbesi & Loligo vulgaris." Proc.R.Soc.Lond.B. 243. 255-262 (1991)