イオンチャネル立体構造の機能的解明:電位センサーが脂質膜内を浮動することの検証

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17390056
• Research Institution: Hiroshima International University
• Principal Investigator: 山岡 薫 広島国際大学, 保健医療学部, 教授 (10200586)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平間 正博 東北大学, 大学院理学研究科, 教授 (30165203)
• Keywords: シガトキシン / Naチャネル / ビオチン / 脂質二重膜 / ゲート機構

Research Abstract

[目的]
電位依存性Naチャネルの電位センサー部がシガトキシンとなんらかの相互作用を起こし、Naチャネルの機能が修飾させるであろうことが、前年までの成果から示唆されている。即ちチャネル分子のユニットであるD2S4 (domain2 segment4)に配置された電位センサーの電荷部分のアミノ酸を改変することによって中性化すると、シガトキシンのNaチャネルブロック作用が消失することがわかった。Mackinnonらのモデル(2003)では電位センサーはチャネル分子の最外層に位置していることをチャネルの結晶をX-線構造解析することによって示した。したがって脂溶性が高く、膜を貫通するほど大きく、環状構造が直鎖状に連なった固い構造を持つシガトキシンは脂質膜相から電位センサーにアクセスするであろうと考えられる。この事が正しければシガトキシンに親水性の基(ビオチンなど)を付加することによって、その付加した親水基が作用部位へのアクセスを阻害すれば、シガトキシンの機能が失われるであろう。従って本年度はCTX3CのB環に長短のリンカーを介してビオチンを付加した2種類のアナログを作成し、それらのNaチャネルに対する効果を見た。
[結果]
短いリンカーを持ったビオチン化CTX3C (type D)および長いリンカーをもったビオチン化CTX3C (type B)をrNa_v1,2チャネルにそれぞれ300nM投与した(type Dがシガトキシンの機能を失ったとしても、type Bの方はリンカーが長いのでビオチンが作用を阻害しにくいと考えて2種類のアナログを使用した)。いずれのtypeのビオチン化CTX3Cとも全くシガトキシンの作用を示さなかった。従ってB環に近い部位がチャネルとの結合に重要な関わりを持っていることが示唆された。すなわちB環の反対の極に位置するM環側はシガトキシンの機能にそれほど重要ではないこともうかがえる。M環にOHを付加した51-OH CTX3CがrNav1.2チャネルに対しCTX3Cとほぼ同等の効果だったことはこの考えを支持する。今後M環にビオチンを付加した場合シガトキシンの機能が保存されれば以上の仮説が更に支持される事となろう。