CALHMチャネル機能を基盤とした感覚情報伝達機構の新規概念の構築

• 研究課題/領域番号: 16K15181
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 京都府立医科大学
• 研究代表者: 樽野 陽幸 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20706824)
• 研究分担者: 加塩 麻紀子 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (20631394)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: シナプス / イオンチャネル / CALHM / 味覚 / 神経伝達 / 翻訳後修飾 / 生理学 / 感覚系

研究成果の概要

イオンチャネルサブユニットCALHM1およびCALHM3の機能と発現を独自の研究ツールを用いて探索・解析した。まずCALHM1のゲート機構と局在がパルミトイル化で調節されることを発見した。次に、味覚を担う味細胞からの神経伝達物質放出経路がヘテロ６量体CALHM1/3チャネルと突き止めた。さらに、CALHM1/3により構成される味蕾細胞シナプスの局在と構造を明らかにした。一方で、CALHMチャネルを発現する新たな感覚受容器細胞を見出している。以上よりCALHMチャネルが担う味蕾細胞シナプスの構成分子・局在・構造を明らかにするとともに、CALHMシナプスの新たな生理機能を示唆するデータを得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞外ATPシグナルは味覚・機械・侵害など多くの感覚情報伝達など幅広い生理現象を担うが、多くの場合細胞からのATP放出の分子機構は不明である。本研究では味覚の認識を担う味蕾細胞からの神経伝達物質ATPの放出経路としてCALHM1/3チャネルを同定し、その機能調節機構も発見した。さらに、CALHMチャネルが担う味蕾細胞シナプスの構造とその形成原理の一端を明らかにすることで、シナプス小胞を持たない”イオンチャネルシナプス”とも呼ぶべき全く新しい化学シナプスの概念を確立した。さらにCALHMチャネルシナプスの新たな機能部位を示唆するデータを得たことは新たな学術領域の萌芽である。

研究成果

• [国際共同研究] ペンシルバニア大学/モネル化学感覚研究所/カリフォルニア大学アーバイン校(米国)
• [国際共同研究] ペンシルバニア大学/モネル化学感覚研究所(米国)
• [国際共同研究] コペンハーゲン大学(デンマーク)
• [雑誌論文] CALHM1/CALHM3 channel is intrinsically sorted to the basolateral membrane of epithelial cells including taste cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Kashio M, Wei-Qi G, Ohsaki Y, Kido MA, Taruno A
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 2681-2681
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39593-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] AAV-Mediated Gene Delivery to Taste Cells of the Tongue (2019)
  • 著者名/発表者名: Taruno A and Kashio M
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1950 ページ: 299-307
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-9139-6_18
  • ISBN: 9781493991389, 9781493991396
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CALHM3 Is Essential for Rapid Ion Channel-Mediated Purinergic Neurotransmission of GPCR-Mediated Tastes (2018)
  • 著者名/発表者名: Ma Zhongming、Taruno Akiyuki、Ohmoto Makoto、Jyotaki Masafumi、Lim Jason C.、Miyazaki Hiroaki、Niisato Naomi、Marunaka Yoshinori、Lee Robert J.、Hoff Henry、Payne Riley、Demuro Angelo、Parker Ian、Mitchell Claire H.、Henao-Mejia Jorge、Tanis Jessica E.、Matsumoto Ichiro、Tordoff Michael G.、Foskett J. Kevin
  • 雑誌名: Neuron 巻: 98 号: 3 ページ: 30249-30256
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.03.043
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Innate and acquired tolerance to bitter stimuli in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Mura Emi、Taruno Akiyuki、Yagi Minako、Yokota Kohei、Hayashi Yukako
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 12 ページ: e0210032-e0210032
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0210032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Action of Protein Tyrosine Kinase Inhibitors on the Hypotonicity-Stimulated Trafficking Kinetics of Epithelial Na⁺ Channels (ENaC) in Renal Epithelial Cells: Analysis Using a Mathematical Model (2018)
  • 著者名/発表者名: Marunaka Rie、Taruno Akiyuki、Yamamoto Toshiro、Kanamura Narisato、Marunaka Yoshinori
  • 雑誌名: Cellular Physiology and Biochemistry 巻: 50 号: 1 ページ: 363-377
  • DOI: 10.1159/000494012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 塩味の受容とそのメカニズムについて (2018)
  • 著者名/発表者名: 樽野陽幸
  • 雑誌名: 日本味と匂学会誌 巻: 25 ページ: 79-82
• [雑誌論文] ATP Release Channels (2018)
  • 著者名/発表者名: Taruno Akiyuki
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 19 号: 3 ページ: 808-808
  • DOI: 10.3390/ijms19030808
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The NOX1 isoform of NADPH oxidase is involved in dysfunction of liver sinusoids in nonalcoholic fatty liver disease. (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto M, Zhang J, Zhang X, Liu J, Jiang JX, Yamaguchi K, Taruno A, Katsuyama M, Iwata K, Ibi M, Cui W, Matsuno K, Marunaka Y, Itoh Y, Torok NJ, Yabe-Nishimura C.
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med. 巻: 115 ページ: 412-420
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.12.019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Post-translational palmitoylation controls the voltage gating and lipid raft association of the CALHM1 channel. (2017)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Sun H, Nakajo K, Murakami T, Ohsaki Y, Kido MA, Ono F, Marunaka Y.
  • 雑誌名: Journal of Physiology 巻: 595 号: 18 ページ: 6121-6145
  • DOI: 10.1113/jp274164
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Current-direction/amplitude-dependent single channel gating kinetics of mouse pannexin 1 channel: a new concept for gating kinetics (2017)
  • 著者名/発表者名: Nomura Takeshi、Taruno Akiyuki、Shiraishi Makoto、Nakahari Takashi、Inui Toshio、Sokabe Masahiro、Eaton Douglas C.、Marunaka Yoshinori
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 10512-10512
  • DOI: 10.1038/s41598-017-10921-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 甘味受容の仕組みと人工甘味料 (2017)
  • 著者名/発表者名: 樽野陽幸
  • 雑誌名: 食と医療 巻: 2 ページ: 40-46
• [雑誌論文] Adeno-Associated Virus-Mediated Gene Transferinto Taste Cells In Vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Kashio M, Sun H, Kobayashi K, Sano H, Nambu A, Marunaka Y
  • 雑誌名: Chemical Senses 巻: 42 ページ: 69-78
  • DOI: 10.1093/chemse/bjw101
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hypotonicity activates a voltage-dependent membrane conductance in N2a neuroblastoma cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Taruno, A. & Marunaka, Y.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 482 号: 2 ページ: 331-335
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.01.118
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Analysis of aprotinin, a protease inhibitor, action on the trafficking of epithelial Na+ channels (ENaC) in renal epithelial cells using a mathematical model. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasamoto, K., Marunaka, R. #, Niisato, N., Sun, H., Taruno, A., Pezzotti, G., Yamamoto, T., Kanamura, N., Zhu, W., Nishio, K., Inui, T., Eaton, D.C., & Marunaka, Y.
  • 雑誌名: Cell Physiol Biochem 巻: 41 号: 5 ページ: 1865-1880
  • DOI: 10.1159/000471934
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Actions of quercetin, a polyphenol, on blood pressure. (2017)
  • 著者名/発表者名: Marunaka, Y., Marunaka, R., Sun, H., Yamamoto, T., Kanamura, N., Inui, T. & Taruno, A.
  • 雑誌名: Molecules 巻: 22 号: 2 ページ: 209-209
  • DOI: 10.3390/molecules22020209
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Ion channel synapses of the taste bud (2019)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Ma Z, Ohmoto M, Matsumoto I, Kido MA, Tordoff MG, Foskett JK
  • 学会等名: The 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies (FAOPS) Congress (in conjunction with the 96th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan)
  • 国際学会
• [学会発表] Taste cells lacking synapses open a wide pore channel for rapid neurotransmission of tastes (2018)
  • 著者名/発表者名: Taruno A
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会大会
• [学会発表] Ion channel synapse: CALHM1/3 channel mediates rapid neurotransmitter release in taste perception (2018)
  • 著者名/発表者名: Taruno A
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] 塩味の受容とそのメカニズムについて (2018)
  • 著者名/発表者名: 樽野陽幸
  • 学会等名: うま味研究会公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] CALHMs: Fast-activating voltage-gated ATP channels for rapid purinergic neurotransmission (2018)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Ma Z, Ohmoto M, Matsumoto I, Kido MA, Tordoff MG, Foskett JK
  • 学会等名: The 49th National Institute of Physiological Sciences International Symposium “Ion channels: looking back, seeing ahead”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ion channel synapses of the taste bud (2018)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Ma Z, Ohmoto M, Matsumoto I, Kido MA, Tordoff MG, Foskett JK
  • 学会等名: The 17th International Symposium on Molecular and Neural Mechanisms of Taste and Olfactory Perception
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ion channel synapses in taste buds (2018)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Ma Z, Ohmoto M, Matsumoto I, Tordoff MG, Foskett JK
  • 学会等名: 第52回日本味と匂学会大会
• [学会発表] イオンチャネルから味覚へ（研究奨励賞受賞講演） (2018)
  • 著者名/発表者名: 樽野陽幸
  • 学会等名: 第52回日本味と匂学会大会
• [学会発表] A CALHM1/CALHM3 heteromeric channel mediates purinergic neurotransmission of sweet, bitter, and umami tastes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Zhongming M, Ohmoto M, Matsumoto I, Tordoff MG, Foskett JK, Marunaka Y.
  • 学会等名: 第95回日本生理学会大会
• [学会発表] Neurotransmission of taste mediated by calcium homeostasis modulator ion channels. (2017)
  • 著者名/発表者名: 樽野陽幸, 丸中良典
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会.
  • 発表場所: 浜松（アクトシティ浜松）
  • 年月日: 2017-03-28
• [学会発表] Palmitoylation regulates gating and lipid raft association of CALHM1 channel. (2017)
  • 著者名/発表者名: 孫紅キン, 樽野陽幸, 中條浩一, 小野富三人, 丸中良典
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会.
  • 発表場所: 浜松（アクトシティ浜松）
  • 年月日: 2017-03-28
• [学会発表] Molecular basis of polarized sorting of CALHM channels in epithelial cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: 加塩麻紀子, 樽野陽幸, 丸中良典
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会.
  • 発表場所: 浜松（アクトシティ浜松）
  • 年月日: 2017-03-28
• [学会発表] Current-direction/amplitude-dependent single channel gating kinetics of Pannexin 1 channel. (2017)
  • 著者名/発表者名: 白石真土, 野村健, 樽野陽幸, 丸中良典
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会.
  • 発表場所: 浜松（アクトシティ浜松）
  • 年月日: 2017-03-28
• [学会発表] CALHM channel-mediated neurotransmission of tastes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Taruno A
  • 学会等名: The 19th Scientific Meeting of the Australasian Association for ChemoSensory Science
  • 国際学会
• [学会発表] Palmitoylation of CALHM3 positively controls activity of the CALHM1/3 channel. (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥井元貴, 孫紅昕, 樽野陽幸, 丸中良典
  • 学会等名: 第110回近畿生理学談話会
• [学会発表] パルミトイル化がCALHM1チャネルのゲーティングと脂質ラフト局在を制御する (2017)
  • 著者名/発表者名: 樽野陽幸、孫 紅昕 、中條浩一、村上達郎、大崎康吉、城戸瑞穂、小野富三人、丸中良典
  • 学会等名: 日本味と匂学会第51回大会
• [学会発表] Induction of foreign genes in taste cells in vivo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taruno, A.
  • 学会等名: The 15th international symposium on molecular and neural mechanisms of taste and olfactory perception.
  • 発表場所: 福岡（九州大学）
  • 年月日: 2016-12-03
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular machinery for taste neurotransmission from the tongue to the brain. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taruno, A.
  • 学会等名: the 2nd UK-Japan Frontiers of Science Symposium.
  • 発表場所: UK
  • 年月日: 2016-11-07
  • 国際学会
• [学会発表] Homologous CALHM subunits assemble to form a novel voltage-gated ATP channel. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Miyazaki H, Niisato N, Sun H, Kashio M, Marunaka Y.
  • 学会等名: 第39回日本神経科学会大会.
  • 発表場所: 横浜（パシフィコ横浜）
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Purinergic neurotransmission of taste by CALHM channel. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Marunaka Y.
  • 学会等名: 17th International Symposium on Olfaction and Taste.
  • 発表場所: 横浜（パシフィコ横浜）
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of CALHM1 channel by protein S-palmitoylation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Hongxin Sun, Makiko Kashio, Marunaka Y.
  • 学会等名: 17th International Symposium on Olfaction and Taste.
  • 発表場所: 横浜（パシフィコ横浜）
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会
• [学会発表] S－パルミトイル化修飾によるCALHM1チャネル機能制御. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taruno A, Sun H, Kashio M, Marunaka Y.
  • 学会等名: 日本膜学会第３９年会.
  • 発表場所: 東京（早稲田大学）
  • 年月日: 2016-05-10
• [図書] 摂食と健康の科学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 樽野陽幸
  • 総ページ数: 240
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考] 樽野研究室ホームページ
  • URL: https://www.tarunolab.com
• [備考] 京都府立医科大学細胞生理学website
  • URL: http://kpum-molecular-cell-physiology.info