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嗅覚受容はナノ嗅線毛を有する感覚神経細胞で行われる。本研究プロジェクトでは、単離培養細胞、嗅覚刺激、電気生理学とUVレーザー光学的手法を組み合わせ、従来技術的に困難とされてきた微小器官内での分子挙動計測、分子制御を行う点に新規性をおき、嗅覚順応、マスキングに関する研究を行った。嗅覚の特性には、1)匂い識別様式、2)信号増幅の分子機能、3)嗅覚順応の分子機構、4)嗅覚マスキングがあるがそれらの分子機構には未知の点が残されていた。そこで我々の開発した新規システムを用い、ナノ構造体としての嗅覚システムを観察し、線毛内部の分子を制御し、分子挙動を実時間レベルモニターして「香り感覚受容の諸特性」を物理化学的分子実体と挙動の観点から説明した。嗅細胞の匂い情報変換は、Gタンパク質、細胞内cAMPによって仲介され、CNGチャネルの開口によって電気信号が発生する。また、チャネルを通って流入するCaが細胞内側から即座に興奮性のClチャネルを開口することによって、情報を非線型に増幅する。更に、Caイオンは嗅覚順応を制御する。このように細胞内ではｃAMPとCaイオンが嗅覚の情報変換に密接な役割を演じているが、従来の研究においては、ナノメ－トル領域の細胞空間が実験調査の進展を阻んでいた。そこで本年度のプロジェクトでは、線毛内のcAMP制御、cAMPモニターに加えて、従来から謎とされていた、嗅覚マスキングの分子機構がCNGチャネルの閉鎖によって起こることを明らかにした。また、線毛内Caに対して実時間制御を行った結果、情報変換過程における線毛内で応答は空間的に独立であり、少なくとも2マイクロメートル以上の距離間ではｃAMPやCaイオンの拡散が起こらないことを細胞実験から示した。これは従来の仮説を覆し、CNGチャネルとCl(Ca)チャネルが線毛上に一様に分布していることを明らかに示すものである。
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