生体プロトン情報を制御するNa^+/H^+交換輸送体:その分子構造と作動機構

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14580664
• 研究機関: 国立循環器病センター(研究所)
• 研究代表者: 若林 繁夫 国立循環器病センター研究所, 循環分子生理部, 室長 (70158583)
• キーワード: Na+ / H+アンチポータ / 細胞内pH / 結晶構造 / 生物・生体工学 / 生物物理 / ナノマシン / 生体分子 / タンパク質

研究概要

Na^+/H^+交換輸送体(NHE)には組織特異的に発現する様々なアイソフォームがあるが、私達はこれまで、これらのNHEが生理的な活性を発揮するためには、普遍的に発現するCa^<2+>結合タンパク質の一種、CHP(CHP1と呼ぶ)との相互作用が必須であることを明らかにした。今回は、別のCHPアイソフォームCHP2の作用を検討した。CHP2はCHP1と同じ細胞質ドメインの膜直下の領域に結合し、CHP1と同様に活性を発揮するのに寄与する。さらに興味深いことに、CHP2はヒトの全組織にほとんど発現していないが、hepatoma, carcinoma, leukemiaなどの癌細胞ではかなりの量が発現することを確認した。CHP1とは異なって、CHP2を高発現した細胞では血清非存在下においてすでにNHE1は活性化状態にあり、細胞内pHは高いレベルにあることがわかった。さらに、CHP1とは異なって、CHP2高発現細胞は無血清に抵抗性を示し、無血清下において60%以上の細胞が一週間以上生き残ることがわかった。このような性質は癌細胞一般にみられるものである。以上のことから私達は、細胞が癌化するとCHP2が発現し、NHE1に結合していたCHP1がCHP2と置換するのに伴ってNHE1が恒常的に活性化され、これによって維持される異常に高い細胞内pHが、血清非依存性増殖、無血清に対する抵抗性、invasionの亢進など癌細胞特有のフェノタイプに寄与するものと考えている。また今回、部位特異的変異導入の手法を用いてNHE1の第5細胞内ループのArg^<440>残基およびGly^<455>/Gly^<456>残基がNHE1のpHセンサーの制御に重要であることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] Pang, T., et al.: "Expression of Calcineurin B Homologous, Protein 2 Protects Serum Deprivation-Induced Cell Death by Serum-Independent Activation of Na^+/H^+ exchanger"J.Biol.Chem.. 277. 43771-43777 (2002)
• [文献書誌] Su, X., et al.: "Evidence for involvement of the putative first extrancellular loop in differential volume-sensitivity of the Na^+/H^+ exchangers NHE1 and NHE2"Biochemistry. 42. 1086-1094 (2003)
• [文献書誌] Wakabayashi, S., et al.: "Mutations of Arg440 and Gly455/Gly456 Oppositely Change pH-Sensing of Na^+/H^+ Exchanger NHE1"J.Biol.Chem.. (in press). (2003)
• [文献書誌] Hirata, T.: "Mechanism of acid adaptation of a fish living in a pH 3.5 lake"Am.J.Physiol.. (in press). (2003)
• [文献書誌] 若林繁夫: "Na^+/H^+交換輸送体の構造と機能-活性に必須な因子としてのCHP"心臓. 34. 333-340 (2002)
• [文献書誌] S.Wakabayashi, et al.: "Two Fundamental Regulatory Factors of the Na^+/H^+ Exchangers : The Proton and CHP In "The Sodium-Hydrogen Exchange, From Molecule to its Role in Disease""Kluwer Academic Publishers. (2003)