カルシウムによるイオンチャネル活性調節の構造的基盤の解析

钙调节离子通道活性的结构基础分析

基本信息

批准号：
19036011
负责人：
稲野辺厚
金额：
$ 4.03万
依托单位：
Osaka 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：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞内のCa^<2+>を始めとする様々なイオンは種々のイオンチャネルの機能を多様に調節する。その作用機序はCa^<2+>結合蛋白質カルモジュリン(CaM)等のイオン結合蛋白質を介した蛋白質-蛋白質間相互作用に基づく機構と、イオンの直接的なチャネルへの結合に基づく機構に大別される。これらの調節機構はチャネルのfolding及び、細胞膜への移行にも寄与するため、イオンによるチャネル機能の調節は多様である。しかしながら、これらの現象の本質である構造的基盤は殆ど不明であった。1、遅延整流性カリウム電流IKsは交感神経刺激や細胞質内のCa^<2+>の濃度上昇によって電流量が増加する。これは活動電位長の短縮と不応期の確保のために、心臓生理学的に重要な調節機構である。IKs構成分子にはQT延長症候群を引き起こす遺伝子変異が多数見出されており、CaMとの結合能を低下した変異も見出されている。そのため、両者の複合体の立体構造はCaMを介したチャネル機能の調節の分子基盤やQT延長症候群の病態の分子基盤が明らかになることが期待された。複合体の単結晶は放射光において2.7Aの分解能で回折したが、結晶化の再現性が乏しく、構造情報の取得に至っていない。2、細胞膜興奮を受容体刺激に依存して調節するG蛋白質制御内向き整流性カリウム(K_G)チャネルは三量体G蛋白質の解離型βγサブユニットやエタノール、Na^+、リン脂質PIP_2によって活性化される。しかし、その分子基盤は不明であった。Kir3.2の細胞質領域の単結晶をNa^+存在下、非存在下で作成し、両者の構造を比較した。その結果、細胞膜直下の限局された領域の構造変化が観察された。電気生理学実験に基づく機能解析の結果、同領域はPIP_2に対する親和性を決定する領域であり、活性化因子Na^+はその構造平衡を高親和性構造にシフトさせることにより、チャネルを開口に導くことが判った。

各种离子，包括细胞内Ca 2+ ，以多种方式调节各种离子通道的功能。其作用机制大致分为两种机制：一种是基于离子结合蛋白如Ca^2+结合蛋白钙调蛋白(CaM)介导的蛋白质-蛋白质相互作用，另一种是基于离子结合蛋白介导的蛋白质-蛋白质相互作用。离子与通道的直接结合。由于这些调节机制也有助于通道折叠和易位至细胞膜，因此离子对通道功能的调节是多种多样的。然而，这些现象的基本结构基础仍然很大程度上未知。 1.延迟整流钾电流IKs的量由于交感神经刺激或细胞质中Ca 2+ 浓度的增加而增加。这是心脏生理学中的重要调节机制，因为它缩短了动作电位长度并确保了不应期。在IKs组成分子中发现了许多导致长QT综合征的基因突变，还发现了降低与CaM结合能力的突变。因此，该复合物的三维结构有望揭示CaM介导的通道功能调节的分子基础和长QT综合征的发病机制。使用同步辐射对配合物的单晶进行衍射，分辨率为2.7A，但结晶的重现性较差，无法获得结构信息。 2. G 蛋白控制的内向整流钾 (K_G) 通道，根据受体刺激调节细胞膜兴奋性，被三聚体 G 蛋白解离的 βγ 亚基、乙醇、Na^+ 激活，磷脂 PIP_2 转化为然而，其分子基础尚不清楚。在Na^+存在和不存在的情况下制备了Kir3.2细胞质区的单晶，并比较了两者的结构。结果，在细胞膜下方的局部区域观察到结构变化。基于电生理学实验的功能分析表明，该区域决定了对 PIP_2 的亲和力，并且激活剂 Na^+ 通过将其结构平衡转变为高亲和力结构来导致通道打开。