心筋カリウムチャネル内向き整流特性の分子機構

心脏钾通道内向整流特性的分子机制

• 批准号: 07770037
• 负责人: 柳 圭子
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: 佐賀医科大学
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07770037/
• 关键词: カリウムチャネル; 内向き整流カリウムチャネル; イオンチャネル; ポリアミン; マグネシウム; IRK1; スペルミン

本研究では心室筋の内向き整流Kチャネルでみられるチャネル開閉機構とマグネシウム(Mg)ブロックの二つの脱活性化機構を担う分子機構について、その機能を担う構造を特定することを目指した。方法としてはマウス心筋に発現するIRK1遺伝子及びその変異体を細胞株に発現させてチャネル機能を調べた。1.IRK1チャネルの電気生理学的機能IRK1遺伝子を導入した細胞の膜電流を記録すると、内向き整流性の電流電圧関係を示すチャネル電流が記録された。IRK1チャネルは細胞内の遊離Mgを除いても脱分極側でほとんど電流を流さず、過分極により電流は時間依存性に活性化された。これは心筋のチャネル同様、無機陽イオンブロックとは別の開閉機構によりチャネルが脱活性化されることを示す。細胞内の生理的に存在する種々のポリアミンを加えこの開閉機構に与える影響を調べたところ、4価の正電荷をもつスペルミンが開から閉への速度定数を増加させ開閉機構はスペルミンブロックを反映すると考えられた。3価のスペルミヂンや2価のプトレッシンは、Mg同様チャネルをブロックしたが、親和性がより低いため次第にスペルミンブロックへと置き換えられる事も見い出した。この現象は特に長い活動電位を有する心筋において重要である。2.変異体チャネルによるチャネル構造の解明推定上2番目の膜貫通部位に位置するアスパラギン酸(D172)の側鎖のもつ陰電荷の役割を調べるため、チャネル遺伝子に変異を加えた。側鎖に陰電荷をもつグルタミン酸に置換したチャネルでは、変異のないチャネルとの間に差を認めなかった。しかし陰電荷を持たないアスパラギンに置換したチャネルでは、ポリアミンとの親和性が低くなり、過分極によるブロックからの解放が瞬時に起きた。D172のもつ陰電荷はIRK1チャネルが複数種の分子と極めて異なる親和性を保つために重要な構造であることがわかった。

在这项研究中，我们的目的是确定心室肌内向整流 K 通道中发现的通道打开/关闭机制和镁 (Mg) 阻滞失活机制的分子机制。作为一种方法，我们在细胞系中表达了小鼠心肌中表达的IRK1基因及其突变体，并研究了通道功能。 1.IRK1通道的电生理功能当我们记录导入IRK1基因的细胞的膜电流时，记录到显示内向整流电流-电压关系的通道电流。即使细胞内游离镁被去除，IRK1通道也几乎没有电流在去极化侧流动，并且电流通过超极化以时间依赖性方式被激活。这表明，与心肌通道一样，该通道通过与无机阳离子阻断剂不同的打开/关闭机制而失活。当我们研究添加细胞内生理上存在的各种多胺对这种打开/关闭机制的影响时，我们发现带有四价正电荷的精胺增加了从打开到关闭的速率常数，并且打开/关闭机制然后就想到了精胺块。我们还发现三价亚精胺和二价腐胺与Mg一样阻断通道，但由于它们的亲和力较低，逐渐被精胺阻断所取代。这种现象在具有长动作电位的心肌中尤为重要。 2.利用突变通道阐明通道结构为了研究位于假定的第二跨膜位点的天冬氨酸(D172)侧链负电荷的作用，我们对通道基因添加了突变。与没有突变的通道相比，侧链被带负电荷的谷氨酸取代的通道中没有观察到差异。然而，用不带负电荷的天冬酰胺取代的通道对多胺的亲和力较低，并且立即从超极化块中释放。研究发现D172的负电荷是IRK1通道的重要结构，可与多种类型的分子保持极其不同的亲和力。

项目成果

Keiko Ishihara: "The tetravalent organic cation spermine causes the gating of the IRK1 channel expressed in murine fibroblast cells" Journal of Physiology. (1996)

Keiko Ishihara：“四价有机阳离子精胺导致小鼠成纤维细胞中表达的 IRK1 通道的门控”《生理学杂志》。