生体中のイオンチャネル複合体の分子構成検出と生理機能解明

生物体中离子通道复合物的分子组成检测和生理功能阐明

基本信息

批准号：
21K06786
负责人：
中條浩一
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Jichi Medical University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06786/
关键词：
電位依存性カリウムチャネル KCNQ1チャネル心臓 QT延長症候群電位センサードメインゼブラフィッシュ HCN4チャネル修飾サブユニットイオンチャネル全反射蛍光顕微鏡 1分子イメージング

项目摘要

当該年度は、KCNQ1チャネルの修飾サブユニットであるKCNE1とKCNE3について、ゼブラフィッシュゲノムよりプロモーター領域を同定し、それぞれの発現部位を、GFP蛍光を観察することで解析した。KCNE1はヒトなどと同様に心臓での発現が認められたが、そのほか耳、側線などでの発現が認められた。一方KCNE3に関しては、心臓での発現が観察された。ヒトなどにおいては、KCNE3は主に上皮細胞などに発現しているため、生理的な機能がゼブラフィッシュとヒトではやや異なることが示唆された。このKCNE3について、さらにCRISPR/Cas-9によるknock outラインを作成しているところである。これまでのところ、KCNE3のノックアウトにより発生初期の心臓の大きさに違いがあるという初期データを得ている。ヒトのKCNE3がKCNQ1チャネルのゲーティングメカニズムを変えて開きっぱなしにするメカニズムについて、KCNQ1チャネルのS1セグメントに着目し、S1セグメントのアミノ酸がKCNE3との結合と機能調節メカニズムに重要であることを明らかにした。具体的にはS1とKCNE3の接触面に存在するすべてのアミノ酸に対して、４～５個の異なるアミノ酸に変異することで、これらのアミノ酸の大きさが最適されていることを示すことができた。この成果はeLife誌に論文として発表した。今後はこの成果をもとに、KCNE1やKCNE4など、KCNEファミリーの他のタンパク質でも同様の最適化が行われているのかを明らかにしていく予定である。

今年，我们鉴定了斑马鱼基因组中KCNE1和KCNE3的启动子区域，它们是KCNQ1通道的修饰亚基，并通过观察GFP荧光分析了它们的表达位点。据观察，KCNE1 在心脏中表达，与人类相似，但也在耳朵、侧线和其他区域表达。另一方面，在心脏中观察到KCNE3的表达。在人类中，KCNE3主要表达于上皮细胞，提示斑马鱼和人类的生理功能有些不同。对于这个 KCNE3，我们还使用 CRISPR/Cas-9 创建了一个敲除系。到目前为止，我们的初步数据表明，敲除 KCNE3 会导致早期发育过程中心脏大小的差异。关于人KCNE3改变KCNQ1通道的门控机制并使其保持开放的机制，我们重点研究了KCNQ1通道的S1片段，并揭示了S1片段中的氨基酸对于与KCNE3的结合及其机制很重要为了调节它的功能。具体来说，我们能够证明，通过将 S1 和 KCNE3 之间界面上存在的所有氨基酸突变为 4 至 5 个不同的氨基酸，这些氨基酸的大小得到了优化。该结果作为论文发表在《eLife》杂志上。未来，基于这些结果，我们计划澄清类似的优化是否发生在 KCNE 家族的其他蛋白中，例如 KCNE1 和 KCNE4。