二量子フィルタ-NMR法による細胞内Na^+,K^+の動的パラメ-タの測定

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02245214
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 村上 政隆 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 助教授 (10104275)
• キーワード: 二量子フィルタ-NMR / 細胞内Naイオン / 細胞内Kイオン / 動的パラメ-タ / 相関時間 / 四極子結合定数

研究概要

今回の研究目的は、細胞内のNa,Kイオンの動的パラメ-タ-をin vivo測定し、細胞内における電解質構造を明らかにすることである。生体の主要電解質Na,Kイオンは、1)スピンが3/2のために,多量子遷移が存在する。2)細胞内外の各区画に濃度差が存在する。3)各区画での四重極相互作用の程度が異なる。その結果、緩和機構が複雑になり、分析しきれなかった。その解決方法として、A)二量子フィルタ-磁気共鳴法により、四重極相互作用の大きさを検出する。B)細胞内イオン濃度を変え、変化分を分析する。という二つの手段がある。
今回、細胞内のイオン量を長時間人工的にコントロ-ルするため灌流ラット唾液線を材料に用い、8.45Tの静磁場でDQf NMR測定を行った。その結果次のパラメ-タが測定できた。1)細胞内KイオンのT_2緩和速度:(25℃)1860ー4060sec^<ー1>(|ー1/2><ー3/2| |1/2><3/2|),540ー300sec^<ー1>(|1/2><ー1/2|).2)細胞内NaイオンのT_2緩和速度(25℃1360sec^<ー1>(|ー1/2><ー3/2| |1/2><3/2|:s_1),95sec^<ー1>(|1/2><ー1/2|:s_2).3)細胞内KイオンNaイオンのsingleーpulseスペクトルは二つのロ-レンツ曲線の重畳したhomogeneous biexponential spectraである。
次に細胞内KイオンNaイオンの緩和機構modelの検討を行った。細胞内のNaイオン濃度を変化させた時見かけの四極子結合定数は1.8ー1.9MHzで一定であった。また、温度を5℃から37℃の範囲で変化させた。緩和速度定数の比(s_1/s_2)は、温度低下より3から30に増加した。得られたs_1,s_2は見かけの結合定数2.0MHzの線上にのった。この結果は、測定された細胞内のKイオンNaイオンが均一なslow motion conditionにある成分であることを強く示唆した。測定された細胞内のKイオンNaイオンが均一な成分とすると、細胞内Naイオン(25℃):相関時間6.7x10^<ー9>sec,四極子結合定数1.95MHzと計算された。今回測定されている成分は細胞内に流入し増加した成分であり、生理機能を発揮するときに輸送されるイオンである。

研究成果

• [文献書誌] M.Murakami,S.Miyamoto Y.Imai: "Oxygen consumption for K^+ uptake during poststimulatory activation of Na^+,K^+ーATPase in perfused rat mandibular galnd." Journal of Physiology(Lond). 426. 127-143 (1990)
• [文献書誌] Y.Seo,M.Murakami,E.Suzuki,S.Kuki,K.Nagayama,H.Watari: "NMR characteristics of intraーcellular K in the rat salivary gland: A 39K study using double quantum filtering." Biochemistry. 29. 599-603 (1990)
• [文献書誌] Y.Seo,M.Murakami,H.Watari: "Measurement of intracellular Na in the rat salivary gland: A 23Na NMR study using double quantum filtering." Biochim.Biophys.Acta. 1034. 142-147 (1990)
• [文献書誌] K.Tsukamoto,M.Murakami,Y.Seo,M.Nonaka,H.Kohnosu,T.Hironaka,T.Oka,H.Watari: "Energetic recovery from hypothermic preservation in the rat liver." J.Surg.Res.48. 46-50 (1990)
• [文献書誌] I.Koizuka,M.Sano,T.Kubo,T.Matsunaga,Y.Seo,M.Murakami,H.Watari,O.Ishikawa,H.Ohkawara: "MRIによる側頭骨標本を用いた内耳の撮影." 耳鼻臨床. 83. 549-555 (1990)
• [文献書誌] T.Nakahari,M.Murakami,H.Yoshida,M.Miyamoto,Y.Sohma,Y.Imai: "Decrease in rat submandibular acinar cell volume during ACh stimulation." Am.J.Physiol.258. G878-86 (1990)
• [文献書誌] E.Suzuki,M.Maeda,S.Kuki,M.C.Steward,H.Takami,Y.Seo,M.Murakami,H.Watari: "Adenosine triphosphate compartmentation in the rat heart: A 31P spinーlattice relaxation study." J.Biochem.107. 559-562 (1990)
• [文献書誌] T.Hiraishi,Y.Seo,M.Murakami,H.Watari: "Detection of biexponential relaxation in intracellular K in the rat heart by doubleーquantum 39K NMR." J.Magn.Reson.87. 169-173 (1990)
• [文献書誌] Y.Seo,B.Wood,M.Murakami,M.C.Steward: "Doubleーquantum filter imaging of sodiumー23." Jpn.J.Magn.Reson.Med.10. 56-59 (1990)
• [文献書誌] M.Maeda,Y.Seo,M.Murakami,S.Kuki,H.Watari,S.Iwasaki,H.Uchida: "Sodiumー23 MR imaging of the kidney,in guinea pig at 2.1 T,following arterial,venous,and ureteral ligation." Magn.Reson.Med.16. 361-367 (1990)
• [文献書誌] M.C.Steward,Y.Seo,J.M.Rawlings and R.M.Case: "Water permeability of acinar cell membranes in the isolated perfused rabbit mandibular salivary gland." J.Physiol.(研究協力者発表分). 431. 571-583 (1990)
• [文献書誌] M.Murakami,Y.Seo,M.C.Steward,H.Watari: "Appications of NMR Spectroscopy in the Study of Exocrine Secretion Epithelial secretion of water and electrolytes p.97ー127(ed)P.Y.D.Wong & J.A.Young." SpringerーVerlag,(1990)