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 当教室では、イオンチャネル特に内向き整流性のカリウムチャネルの様々な機能や構造を、電気生理学・生化学・分子生物学な種々の手法を用いて解析しています。

 パッチクランプ法は、微小電極を細胞表面に密着させ、細胞膜上のチャネルの開閉などの動きを測定する装置です(図1)。この方法を用いれば、細胞全体の生理現象だけでなく、チャネルという分子1個の機能を直接捉えることが可能です。


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(図1:細胞の微小な電気現象を捉えるパッチクランプのセットアップ)


 またチャネルの遺伝子がクローン化されている場合は、その機能を調べるためにアフリカツメガエルの卵を使います。この卵にRNAを打ち込むとチャネル蛋白を作って細胞膜上に発現してくれます。これを測定してチャネルの機能を解析します。この方法ではチャネル遺伝子の一部を変異させたり、他のチャネルと入れ替えた遺伝子を作って発現させることによって、チャネルの構造と機能の解析が容易にできます。


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(図2:アフリカツメガエル。この卵を使ってチャネル遺伝子の機能解析をする)


 様々なチャネルが生体内でどのような分布をして、どのような機能を果たしているのかを調べるため、チャネルに対する特異的な抗体を精製し、免疫組織学的な検索も行っています。図3は胃粘膜にあるカリウムチャネル(緑)の分布を調べたものです。またチャネル分子の細胞内での局在や分布を調べるために電子顕微鏡を用いた検索も行っています(図4)


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(図3:蛍光顕微鏡で見たイオンチャネル(緑)の分布.


白いトレースはパッチクランプ法で見たチャネルの活動)


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(図4:免疫電子顕微鏡写真で見た脳細胞でのイオンチャネルの分布)


 さらにチャネル分子の構造や機能・他の分子との相互作用を調べるため生化学的検索を行い、また分子機能を原子のレベルで明らかにするために、構造生物学の手法を用いて解析しています(図5)。     


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(図5:ある種のカリウムチャネルの結晶構造)


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(図6:カリウムチャネルを制御する細胞内外のシグナリング)

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