硫化水素分子によるイオンチャネルの機能修飾機構の解明

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 新興硫黄生物学が拓く生命原理変革
• 研究課題/領域番号: 22H05570
• 研究機関: 香川大学
• 研究代表者: 川鍋 陽 香川大学, 医学部, 講師 (10707128)
• 研究期間 (年度): 2022-06-16 – 2024-03-31
• キーワード: イオンチャネル / 電位依存性イオンチャネル / 電気生理学 / パッチクランプ / 硫化水素 / H2S

研究実績の概要

電位依存性カリウムチャネルKv7.2/7.3は、神経細胞における電気信号発生の分子基盤であり、生理的に重要な役割を担っている。近年、神経障害性疼痛における硫化水素H2Sの役割について研究が進んでいるが、H2Sの分子レベルでの標的がKv7.2/7.3であると提唱されている。本研究ではKv7.2/7.3に対するH2Sの作用を検証し、その機能修飾メカニズムの理解を目的としている。
前年度は、Kv7.2/7.3に関する効果を検証したが、本年度は他のKv7ファミリー, Kv7.4に対するH2Sの効果を検証した。Kv7.4は内耳に発現しており、聴覚機能に重要であることが知られているイオンチャネルである。Kv7.2/7.3の解析と同様に、哺乳類培養細胞CHOにKvを異種発現させ、電気生理学的手法（Whole-cell Clamp法）にて解析を実施した。測定の結果、Kv7.4においてもH2Sによる電流上昇が観測されたが、Kv7.2/7.3と異なり固定電位(-80mV)でのリーク電流が増大した。この電流は-150mVまで電位を下げても残っており、常時開状態の成分が出現したものと考えられる。また、電位依存性も検討したところ、閾値が負側にシフトしたことから、電位依存性の変化と常時開状態の2つの成分が電流上昇の原因であることが判明した。さらに、還元剤であるDTTで処理したところ、常時開状態成分の消失、電位依存性も戻ったため不可逆的な効果ではなく、H2S修飾による効果であることが明らかとなった。これらのH2Sによるチャネル電流への効果の違いからKv7.2/7.3および7.4では、H2Sの修飾部位が異なることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Sugar binding of sodium-glucose cotransporters analyzed by voltage-clamp fluorometry (2024)
  • 著者名/発表者名: Watabe Erika、Kawanabe Akira、Kamitori Kazuyo、Ichihara Satoko、Fujiwara Yuichiro
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 300 ページ: 107215～107215
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2024.107215
• [雑誌論文] ATP modulates the activity of the voltage‐gated proton channel through direct binding interaction (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawanabe Akira、Takeshita Kohei、Takata Maki、Fujiwara Yuichiro
  • 雑誌名: The Journal of Physiology 巻: 601 ページ: 4073～4089
  • DOI: 10.1113/JP284175
• [学会発表] Akira Kawanabe, Yuichiro Fujiwara The effects of hydrogen sulfide on the voltage-gated potassium channels (2024)
  • 著者名/発表者名: Akira Kawanabe, Yuichiro Fujiwara
  • 学会等名: 第101回日本生理学会大会
• [学会発表] Functional regulation of the voltage-gated proton channel (2023)
  • 著者名/発表者名: Akira Kawanabe, Yuichiro Fujiwara
  • 学会等名: 第61回日本生物物理学会
• [備考] 香川大学医学部分子生理学講座ホームページ
  • URL: https://www.med.kagawa-u.ac.jp/~physiology1/index.html