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，包括细胞中的Ca^<2+>，以多种方式调节各种离子通道的功能。通过离子结合蛋白（例如Ca^<2+>结合蛋白钙调蛋白（CAM））以及基于离子与通道与通道直接结合的机制，可以将作用机理大致分为基于蛋白质蛋白质相互作用的机制。这些调节机制还有助于通道折叠和转移到细胞膜，因此离子可以以多种方式调节通道功能。但是，这些现象的结构基础在很大程度上尚不清楚。 1。由于交感神经刺激和细胞质中Ca^<2+>的浓度增加，延迟整流钾电流IK的量增加。这是一种心脏生理上重要的调节机制，用于缩短动作潜在长度并确保难治时期。在IKS成分分子中发现了许多引起长QT综合征的基因突变，并且还发现了降低其与CAM结合能力的突变。因此，可以预期，两个复合物的三维结构将揭示CAM介导的通道功能调节和长QT综合征病理学的分子基础。以2.7a的分辨率将复合物的单晶衍射在同步加速器辐射中，但是结晶的可重复性很差，尚未获得结构信息。 2。蛋白质调节的内向切除钾（K_G）通道，这些通道调节细胞膜激发对受体刺激的依赖性受到受体刺激的激活，这是由三聚体G蛋白，乙醇，Na^+和磷脂pip_2的分离性βγ亚基激活的。但是，其分子基础尚不清楚。在存在和不存在Na^+的情况下制备了Kir3.2细胞质区域的单晶，并比较了两者的结构。结果，观察到细胞膜下方的局部区域的结构变化。基于电生理实验的功能分析表明，该区域是确定对PIP_2亲和力的区域，并且激活剂Na^+通过将其结构平衡转移到高亲和力结构来导致通道开放。