NaポンプとCl輸送体(KCC2)の機能共役と、その破綻による脳の機能成熟不全

Na泵和Cl转运蛋白（KCC2）的功能耦合及其故障导致的脑功能障碍

基本信息

批准号：
16015297
负责人：
池田啓子
金额：
$ 2.24万
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 on Priority Areas
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

ほ乳類のすべての細胞に存在するNa,K-ATPaseは、ATPの加水分解エネルギーを利用し、細胞膜内外のNaイオンとKイオンの濃度勾配を形成するポンプである。αとβの2つのサブユニットから構成され各々複数のアイソフォームが存在する。α1アイソフォームはすべての細胞に存在するのに対し、α2アイソフォームは神経、筋肉等の興奮性組織に存在する。後者の発生過程や生体内における特異的な機能は最近まで不明であったため、申請者はα2遺伝子ノックアウトマウスを作成し、生化学的、電気生理学的に解析を試みた。ホモマウスの外見は正常で野生型と同様に生まれてくるが、生直後から呼吸活動が開始せず10数分後に死亡する。摘出脳幹脊髄標本で呼吸活動を観察したところ、自発的な呼吸活動が欠如していた。電気刺激による応答は存在するため呼吸リズム活動を形成する素子としての神経細胞やネットワークは保持されていることがわかった。膜電位色素を用いて神経活動を観察したところ、野生型では抑制性の活動がでる領域で、ホモマウスでは興奮性神経活動に変換していた。さらに呼吸中枢が存在する部位のスライス標本にてグラミシジンパッチ法を行いGABAの逆転電位を測定し、細胞内クロライドイオン濃度を計算した。ホモマウスでは野生型に比し優位に上昇していた。その分子基盤として、神経細胞内クロライドイオンの排出に関わるK-Cl共輸送体(KCC2)とα2サブユニットが膜近傍で共局在することが明らかになった。また、GABAの再取込に関与するGABA輸送体との共役も明らかになった。以上の結果よりα2サブユニットは、種々の輸送体とカップルすることにより輸送体の機能を制御し、結果として周産期の呼吸中枢神経系の機能成熟に必須であること、この機能は同時に存在するα1サブユニットでは代償されないことが明らかにできた。

Na，K-ATPase存在于所有哺乳动物细胞中，是利用ATP的水解能的泵，形成了细胞膜内外的Na和K离子的浓度梯度。它由两个亚基α和β组成，每个亚基都有多种同工型。 α1同工型都存在于所有细胞中，而α2同工型存在于神经和肌肉等可激发组织中。直到最近，后者和体内特定功能的发育过程才未知，因此申请人创建了α2基因敲除小鼠并尝试生化和电生理分析。 HOMO小鼠是正常的，其出生方式与野生型相同，但是它们在出生后不会立即开始呼吸道运动，死亡约10分钟。当在切除的脑干脊髓标本上观察到呼吸活性时，缺乏自发的呼吸活性。已经发现，来自电刺激的反应存在，并且神经元和网络被保留为形成呼吸节奏活性的元素。当使用膜电位色素观察神经活性时，发现在野生型中，产生抑制活性，在HOMO小鼠中，它被转化为兴奋性神经元活性。此外，在存在呼吸中心的部位的切片标本上进行了谷霉素弥补，并计算了细胞内氯离子浓度。与野生型相比，HOMO小鼠占主导地位。已经揭示了涉及与膜内神经元氯离子离子排泄的K-CL共转运蛋白（KCC2）和α2亚基在膜附近共定位为分子基础。还揭示了它与涉及GABA再摄取的GABA转运蛋白的共轭。以上结果表明，α2亚基通过与各种转运蛋白结合起来调节转运蛋白的功能，从而导致围产期呼吸中枢神经系统的成熟，并且同时存在的α1亚基不能补偿该功能。