イオンチャンネルの立体構造と作用機序に関する研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02044080
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 井本 敬二 京都大学, 医学部, 助教授 (00176512)
• 研究分担者: TSIEN Richar スタンフォード大学, 分子細胞生理学教室, 教授 ; BEAM Kurt G. コロラド州立大学, 獣医学部生理学教室, 教授 ; WALTER Stuhm マックス, プランク生物物理化学研究所・膜生物物理部門, 研究員 ; HARTMUT Mich マックス, プランク生物物理研究所・膜生化学部門, 部長 ; 中井 淳一 京都大学, 医学部, 助手 (80237198) ; 福田 和彦 京都大学, 医学部, 助手 (90199224) ; 田辺 勉 京都大学, 医学部, 助手 (70183069)
• キーワード: ニコチン性アセチルコリン受容体 / Na^+チャンネル / Ca^<2+>チャンネル / cDNA発現 / 部位特異的変異 / イオン選択性 / 興奮収縮連関 / 電位感受機構

研究概要

Baculoウイルス発現系を用いてニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)サブユニットを発現させた。この系はCHO細胞を用いる発現系より発現効率が高かった。さらに精製したnAChRαサブユニットあるいはαサブユニットとδサブユニットからなる複合体を用い、結晶化のための界面活性剤・pH・温度・沈澱剤などの条件検討を行い、cDNAより大量に発現させた蛋白を用いてX線結晶解析を行うことが現実的に十分可能であることを示した。
変異を導入したnAChRチャンネルの解析から、イオン透過速度を決定する中間環のアミノ酸残基がイオン選択に重要であることを示した。また内壁形成が予測される部位の電荷を持たない極性アミノ酸残基が環状様構造をなし、近接する中間環と共に短いチャンネルを狭小部を構成すると結論した。
Na^+チャンネルに変異を導入し、これらの変異がテトロドトキシン(TTX)・サキシトキシン(STX)に対する感受性、イオン透過速度、イオン選択性に及ぼす影響を検討し、repeat IーIVのS5とS6のあいだに位置するこれらのアミノ酸残基集団がNa^+チャンネルの外側の開口部あるいはチャンネルの内壁を形成することを示唆する結果を得た。
骨格筋および心筋ジハイドロピリジン(DHP)受容体よりなるキメラDHP受容体機能解析から、チャンネル活性化の速度がrepeat Iにより決定されることを明かにした。脳Ca^<2+>チャンネルcDNAの一つ(BIと命名)をクロ-ン化し全一次構造を解明した。cDNAより発現させると、チャンネル活性は骨格筋DHP受容体α_2、βサブユニットの同時発現により劇的に増加すること、BIチャンネルは活性化閾値が高くニフェジピンやωコノトキシンに非感受性であることが示された。また遺伝性小脳変性症マウスのRNAの解析より、BIチャンネルは小脳プルキンエ細胞・顆粒細胞に存在することが示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Numa,S.et al.: "Molecular insights into excitation-contraction coupling" Cold Spring Harbor Symp.Quant.Biol.55. 1-7 (1990)
• [文献書誌] Mori,Y.et al.: "Primary structure and functinal expression from complementary DNA of a brain calcium channel" Nature. 350. 398-402 (1991)
• [文献書誌] Konno,T.et al.: "Rings of anionic amino acids as structural determinants of ion selectivity in the acetylcholine receptor channel" Proc.R.Soc.Lond.B. 244. 69-79 (1991)
• [文献書誌] Tanabe,T.et al.: "Repear I of the dihydropyridine receptor is critical determining calcium channel activation kinetics" Nature. 352. 800-803 (1991)
• [文献書誌] Pusch,M.et al.: "Single point mutations of the sodium channel drastically reduce the pore permeabitily without preventing its gating" Eur.Biophys.J.20. 127-133 (1991)
• [文献書誌] Imoto,K.et al.: "A ring of uncharged polar amino acids as a component of channel constriction in the nicotinic acetylcholine receptor" FEBS Lett.289. 193-200 (1991)
• [文献書誌] Terlau,H.et al.: "Mapping the site f block by tetrodotoxin and saxitoxin of sodium channel II" FEBS Lett.293. 93-96 (1991)
• [文献書誌] Numa,S.: "Neurotransmitter receptors and ionic channels:From structure to function,in "Fidia Research Foundation Neuroscience Award Lectures",Vol.5" Reven Press, 23-44 (1991)