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代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)のサブタイプのひとつであるmGluR1は、記憶や学習に関係する「神経回路の可塑性」に重要な役割を果たしていることが知られている。mGluR1はG蛋白質共役型の受容体であるが、複数のG蛋白質(Gs、Gq、Gi)と機能的に共役し、さらに、小脳において非選択性陽イオン電流を発現させるなど、多様な機能を示す受容体である。また、mGluR1はグルタミン酸のみならず、Ca^<2+>やGd^<3+>などの多価陽イオンによっても活性化される。
本研究課題の申請時に、グルタミン酸とGd^<3+>の作用形式の違いなどから、それぞれのリガンドがmGluR1に対して異なる活性構造をもたらす可能性を挙げていたが、その機能的差異を見出し、PNAS誌にて報告した。イメージングの技法を用いて、mGluR1が複数のG蛋白質を活性化する過程を、Ca^<2+>指示薬とcAMP感受性蛋白質を用いて可視化した。細胞内Ca^<2+>濃度およびcAMP濃度上昇は、それぞれ、GqおよびGs蛋白質の活性化を反映するものである。グルタミン酸がGqおよびGs系を活性化したのに対して、Gd^<3+>はGq系のみを活性化するという結果から得られた。これは、異なるリガンドにより異なる活性型構造が生じ、この差異が機能的に意味を持つことを示している。また、高濃度のGd^<3+>が、mGluR1を不活性化状態に導くという知見も得た。以上の結果は、細胞レベルでの研究から得られたマクロなものである。異なる活性化構造や不活性化構造の混在する条件下での記録であるため、構造と機能の動的連関についての詳細な検討には至らない。この問題点を解決すべく、当研究課題である単分子レベルでのFRET解析による構造変化を捉えるべく、蛍光蛋白や蛍光色素の選択および導入部位の探索、測定機器の条件設定などを行っている。
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