心筋細胞膜の水透過性とその調節に於けるaquaporin水チャネルの役割

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13670751
• Research Institution: KANAZAWA MEDICAL UNIVERSITY
• Principal Investigator: 小倉 敏嗣 金沢医科大学, 医学部, 講師 (10329378)
• Keywords: Aquaporin水チャネル / 水透過係数 / 膜輸送 / 細胞容積調節 / 浸透圧 / 心筋 / Protein kinase A / 細胞蛋白燐酸化

Research Abstract

細胞内外に分布する水分は、通常熱力学的平衡状態にある。この平衡が破られ膜内外に浸透圧勾配が生じた時には、これを緩和する方向に水が移動し平衡状態が回復する。本研究では、外液浸透圧の変動にともなう細胞容積変化からラットならびにモルモット心室筋細胞の浸透圧特性と細胞膜の水透過性、細胞蛋白燐酸化・脱燐酸化による水輸送機能調節、さらに心筋浸透現象がもたらす電気生理学的影響に検討を加え、以下の新知見を得た。
1.外液浸透圧の低下/上昇(正常値300mOsmの0.5"4倍)にともない細胞容積は可逆的に増大/減少し約2分で定常値に達した。この容積変化から算出した細胞膜の水透過係数(P_f)は20"30μm・s^<-1>(35℃)と低く(腎尿細管・赤血球の1/10"1/20)、活性化エネルギーは約4kcal・mol^<-1>であった。
2.SH基酸化剤であるHg^<2+>はP_fを約80%低下させ、SH基還元剤(dithiothreitol)はHg^<2+>の作用に拮抗した。細胞容積感受性イオントランスポーターの阻害剤(Gd^<3+>、DIDS、ouabain)は浸透圧変動にともなう細胞容積変化を軽減(Gd^<3+>)あるいは増大(DIDS、ouabain)させたが、P_fには影響を与えなかった。
3.Adenylate cyclase活性化作用を有するforskolinは濃度依存性にP_fを増大させた(ED_<50>=0.5μM、5μMにて倍増)。Forskolinの非活性型誘導体(1,9-dideoxy-forskolin)はP_fに影響を与えなかった。
4.Phosphodiesterase阻害剤(IBMX)ならびに膜透過性cAMP誘導体(dibutyryl-cAMP)はforskolinと同様にP_fを50-80%増大させた。ムスカリン受容体アゴニスト(ACh)ならびに選択的protein kinase A阻害剤(H-89)はforskolinのP_f増大作用に拮抗した。
5.心筋細胞は浸透圧変動に際して"osmometer"としての容積応答を呈するが、細胞膜水輸送の主体(約80%)は水チャネルaquaporinであり、protein kinase Aを介する蛋白燐酸化が水輸送の調節因子である事が示唆された。また外液浸透圧の変動は細胞膜電位(静止電位、活動電位波形)ならびに膜電流系(Ca^<2+>・K^+・Cl^-チャネル電流、Na^+ポンプ電流、Na^+-Ca^<2+>交換電流)に様々な影響を与えたが、これら電気的変化の程度は細胞容積の変化に相関するものであり、細胞内液の濃縮/希釈がその発生要因である可能性が示された。

Research Products

• [Publications] T, Ogura: "Osmotic water permeability across rat heart cell membrane"Japanese Journal of Physiology. 51(Suppl). S131 (2001)
• [Publications] 小倉, 敏嗣: "高浸透圧環境下でのモルモット心室筋細胞容積縮小と過分極"心電図. 21(5). 715 (2001)
• [Publications] T, Ogura: "Sarcolemmal hydraulic conductivity of guinea-pig and rat ventricular myocytes"Cardiovascular Research. 54(3). 590-600 (2002)
• [Publications] T, Ogura: "Osmometric and water-transporting properties of guinea pig cardiac myocytes"Japanese Journal of Physiology. 52(4). 333-342 (2002)
• [Publications] T, Ogura: "PKA-mediated regulation of water transport across rat heart cell membranes"Japanese Journal of Physiology. 52(Suppl). S71 (2002)
• [Publications] 小倉, 敏嗣: "心筋遅延整流カリウム電流の細胞外液浸透圧依存性"心電図. 22(5). 493 (2002)