イオンチャネルの開閉に伴う活性化ゲート構造の同定

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09680664
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 老木 成稔 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 助教授 (10185176)
• キーワード: 内向き整流性Kチャネル / ブロック / 単一チャネル記録 / キネティクス / 電位依存性

研究概要

ゲートの局在化を明らかにする目的で始めたこの研究の途上で、米国のMacKinnonらはKチャネルの結晶構造を決定した。その立体構造から予想されるゲートの局在は細胞内の内側ヘリックス部であることを示唆し、Perozoら(1998)による分光学のデータもその予想を支持した。ところが私たちは細胞外近傍で作用するブロッカーがチャネル開閉を修飾することを次のような実験から見出した。細胞外の二価カチオン(Mg^<2+>、Ca^<2+>)はポアの浅いところ(膜電位を10%も感じない非常に浅い位置)に入り込んで開チャネルブロックを引き起こすことを電気生理学的実験で明らかにした。一方、単一チャネル記録によってチャネル開閉のキネティクス解析を行うと、みかけの開時間がブロッカー濃度に依存して線形に延長することが明らかになった。この現象はNeher-Steinbachの単純な開チャネルブロック機構に適合する。すなわち、ブロッカーがボア内に留まる限りチャネルは閉構造への遷移を行えない。この現象が開チャネルブロッキングであることをより直接的に確かめるために開チャネルノイズ解析を行った。速いブロックのキネティクスを捉えるために20kHzまでの高い周波数帯域の記録を行い、パワースペクトルを検討したが、ブロックに起因するらしい成分は捉えることができなかった。二価カチオンは閉時間に対してもブロッカー濃度に依存して延長させた。ブロッカーの結合部位が浅いことを考慮に入れると、これらの現象はゲートの局在を細胞内のヘリックス部分に帰することが困難である。得られた立体構造をもとにアロステリックなゲート機構について検討した。

研究成果

• [文献書誌] R.Z.Sabirov: "Two-sided action of protons on an inward rectifier K^+ channel." Pflugers Arch.433. 428-434 (1997)
• [文献書誌] R.Z.Sabirov: "A conserved arginine residue in thepore region of an inwardrectifier Kchannel" J.Gen.Physiol.110. 665-677 (1997)
• [文献書誌] Y.Liu: "Glibenclamide blocks volume-sensitive Cl channels by dual mechanisms." Am.J.Physiol. 275. C343-C351 (1998)
• [文献書誌] Y.Okada: "Criteria for the molecular ideutification of the volune-sensitive Cl" J.Gen.Physiol.112. 365-367 (1998)
• [文献書誌] 老木成稔: "イオン流で探るチャネルポアのプロファル" 膜. 22. 307-315 (1997)
• [文献書誌] 老木成稔: "Kチャネルの結晶構造に至る道" 蛋白質核酸酵素. 43. 1990-1997 (1998)
• [文献書誌] 老木成稔: "シリーズ・ニューバイオフィジックス(5)イオンチャネル" 共立出版, 210 (1997)
• [文献書誌] Oiki: "Cell Volume Rogalation:The Molecular Mechanism" Elesevier, 214 (1998)