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2019 年度 実績報告書

K+の電気化学ポテンシャル依存的チャネル開閉機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K08509
研究機関久留米大学

研究代表者

柳 圭子 (石原圭子)  久留米大学, 医学部, 准教授 (70265990)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードイオンチャネル / カリウムチャネル / 内向き整流性 / パッチクランプ / ポリアミン
研究実績の概要

Kir2チャネル電流はK+の平衡電位(EK)付近の電位域では流れるが、膜が大きく脱分極するとその外向き電流はほぼ完全に抑制される(強い内向き整流性)。この特徴的な電流―電圧関係は細胞外のK+濃度([K+])が変化すると電位軸上を正確にEKの変化分だけ移動し、あたかも内向き整流性がK+に対する駆動力(K+の流れ)によって生じるかのごとく振舞う。これまで長い間、この性質は脱分極にともなって細胞内からチャネル内に進入する不透過の陽イオン(ブロッカー)と細胞外から選択的にチャネル内に進入するK+がチャネル内で競合するために細胞外[K+]の増加/減少がブロックの減少/増加をまねくというスキームで説明されてきた(細胞外K+によるKnock-off機構)。しかし今日では2~4価の多様な細胞内陽イオン(種々のポリアミンやMg2+)によってブロックが生じることが明らかになり、それらのブロックの電位依存性が細胞外から進入する一価陽イオンのK+との競合によってEKに依存して変化する必然性を説明するのは難しい。本研究ではこれまでの先行研究では十分に検討されて来なかった内向き整流性(ブロック)の電位依存性と細胞内K+(陽イオン)濃度との関係を詳細に検討してきた。今年度はさらに実験を追加し、ブロックは細胞内[K+]が変化した際にも正確にEKに連動し得るという確証を得た。この結果から、膜電位で駆動されるポリアミン・ブロックが細胞外から進入するK+との競合(knock-off)によって制御されるというスキームでは不十分であり、細胞内からチャネルに進入する陽イオン(主にK+)によって不透過の陽イオンが押し込まれるknock-onタイプの機構でブロックが駆動されるか、もしくはブロックが細胞内の陽イオン(主にK+)によって安定化されるlock-in機構を考える必要性が示唆された。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2020 2019

すべて 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件)

  • [学会発表] 心筋内向き整流性カリウム電流IK1の分子機構2020

    • 著者名/発表者名
      柳(石原) 圭子
    • 学会等名
      日本ポリアミン学会 第11回年会
    • 招待講演
  • [学会発表] “Knock-off” and “lock-in” of the polyamine block by K+ ions determine the position along the voltage axis of the current-voltage relationship of the Kir2.1 inward rectifier2020

    • 著者名/発表者名
      柳(石原) 圭子
    • 学会等名
      J Physiol Sci, The 97th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • [学会発表] IK1(Kir2.1)チャネルの細胞外K+依存性の分子機構 (心電学フロンティア2019 K+チャネルのしくみ)2019

    • 著者名/発表者名
      柳(石原) 圭子
    • 学会等名
      第66回日本不整脈心電学会学術大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Kir2.1 チャネル内向き整流性の細胞外 K+濃度依存性のメカニズム2019

    • 著者名/発表者名
      柳(石原) 圭子
    • 学会等名
      生理学研究所 研究会2019「イオンチャネルと生体膜のダイナミズム:構造生物学の先にあるもの」

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公開日: 2021-01-27  

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