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脳科学辞典 - 利用者の投稿記録 [ja]
2026-04-18T20:21:12Z
利用者の投稿記録
MediaWiki 1.43.8
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=46182
膜電位センサー
2021-06-04T04:31:13Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div><div align="right"> <br />
<font size="+1">[https://researchmap.jp/Yuichiro_Fujiwara 藤原 祐一郎]、[http://researchmap.jp/yasushiokamura 岡村 康司]</font><br><br />
''大阪大学 医学系研究科''<br><br />
DOI：<selfdoi /> 原稿受付日：2012年6月11日 原稿完成日：2012年11月29日<br><br />
担当編集委員：[http://researchmap.jp/michisukeyuzaki 柚崎 通介]（慶應義塾大学 医学部生理学）<br><br />
</div><br />
<br />
英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b><br>Kv1.2-2.1 paddle chimeraチャネルの結晶構造(PDB:2R9R)の電位センサードメイン。<br>青：S4に保存された正電荷を持つアミノ酸残基（Kv1.2-2.1 paddle chimeraチャネルのR1はGlnだが便宜上青に統一した）<br>赤：S1-S3に保存された負電荷を持つアミノ酸残基<br>黄：S4の正電荷を帯びた残基とS1-3の負電荷を帯びた残基による塩橋<br><br />
緑：疎水性バリアの中心を構成するPhe ]]<br />
<br />
{{box|text=<br />
細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。<br />
<br />
神経細胞の膜電位はイオンチャネルの働きによって発生し制御されている。神経活動におけるイオンチャネルの開閉因子には大きく分けて二つ、化学シナプスにおけるリガンド結合と、活動電位などの膜電位変化があり、後者を感知する機構が膜電位センサーである。膜電位センサーはクローニングされた電位依存性チャネルのアミノ酸配列上に電荷を持った膜貫通ドメイン（電位センサードメイン）として同定され、そして現代では結晶構造解析により、その原子構造が明らかになっている。本項目では、その電位センサードメインに対して、研究の歴史を紐解き、分子レベルの作動機構を解説する。<br />
}}<br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b><br>S1-S6の6回膜貫領域を基本構造として、4回リピートし中心にイオン透過路を構成する。4つの電位センサードメインはポアドメインの外側に配置する。 ]]<br />
<br />
細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低く保持されている（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。また[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の一部では、一定の膜電位（臨界脱分極）を超えると自己再生的な膜電位の変動を引き起こす([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b><br>Shaker:ショウジョウバエの電位依存性K+チャネル<br><br />
hEAG:ヒトのhERGチャネル (human Ether-à-go-go Related Gene, ヒト心筋に発現する代表的な電位依存性K+チャネル; Kv11.1)<br><br />
KvAP:古細菌の電位依存性K+チャネル (Voltage-gated K+ channel, Arcanobacterium Pyogenes)<br><br />
Nav:ヒトの電位依存性Na+チャネル (Voltage-gated Na+ channel)<br><br />
Cav:ヒトの電位依存性Ca2+チャネル (Voltage-gated Ca2+ channel)<br><br />
Hv:マウスの電位依存性H+チャネル (Voltage-gated H+ channel)<br><br />
VSP:ホヤの電位依存性ホスファターゼ (Voltage-sensing phosphatase)<br><br />
正電荷を帯びたアミノ酸残基（アルギニン：R、リジン：K；青色ハイライト）が膜電位に応答する。正電荷のS4における位置を一般的にR0-R7と規定する。そのうち電位依存性K+チャネルでは、R1-R4が実際の膜電位感知における有効電荷と考えられている。 ]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年に[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]によって初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaによって、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）が観測され、膜電位に応答する分子内電荷による膜電位感知機構が提唱された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域が存在し、それを中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有するタンパク質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜タンパク質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b><br>（上図）電位依存性チャネルの開閉に伴う電荷の移動の模式図。脱分極に伴い電荷は細胞内側から細胞外側へ移動する。Closed/Openのステート遷移において、+e電荷を与えると化学平衡は右に移動する。<br><br />
（下図）S4の細胞膜電場内での移動の模式図。上下方向の移動だけでなく回転を伴う事が知られている。電荷を帯びたS4のまわりには水分子が陥入し、実効膜電位は膜の幅よりも短く収束している。このような電場環境では、S4は上下方向に移動することよりも回転することの方が膜を越える電荷の移動を実現するためには効率的に働く。<br><br />
電位センサーの作動原理の構造基盤は完全に解明されておらず種々のモデルが提唱されている。上図はS4とS3が一塊となって移動するpaddleモデルを参考にした模式図。S4に焦点を絞った下図はS4が回転移動するrotationモデル。]]<br />
<br />
電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜タンパク質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳]][[有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜タンパクである[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。<br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /></div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15757
膜電位センサー
2012-11-29T06:19:08Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。<br />
神経細胞の膜電位はイオンチャネルの働きによって発生し制御されている。神経活動におけるイオンチャネルの開閉因子には大きく分けて二つ、化学シナプスにおけるリガンド結合と、活動電位などの膜電位変化があり、後者を感知する機構が膜電位センサーである。膜電位センサーはクローニングされた電位依存性チャネルのアミノ酸配列上に電荷を持った膜貫通ドメイン（電位センサードメイン）として同定され、そして現代では結晶構造解析により、その原子構造が明らかになっている。本項目では、その電位センサードメインに対して、研究の歴史を紐解き、分子レベルの作動機構を解説する。<br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低く保持されている（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年に[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]によって初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaによって、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）が観測され、膜電位に応答する分子内電荷による膜電位感知機構が提唱された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域が存在し、それを中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15756
膜電位センサー
2012-11-29T06:13:52Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。<br />
神経細胞の膜電位はイオンチャネルの働きによって発生し制御されている。神経活動におけるイオンチャネルの開閉因子には大きく分けて二つ、化学シナプスにおけるリガンド結合と、活動電位などの膜電位変化があり、後者を感知する機構が膜電位センサーである。膜電位センサーはクローニングされた電位依存性チャネルのアミノ酸配列上に電荷を持った膜貫通ドメイン（電位センサードメイン）として同定され、そして現代では結晶構造解析により、その原子構造が明らかになっている。本項目では、その電位センサードメインに対して、研究の歴史を紐解き、分子レベルの作動機構を解説する。<br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低く保持されている（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年に[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]によって初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaによって、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）が観測され、膜電位に応答する分子内電荷によって電位依存性チャネルは開閉するという電位センサー機構が提唱された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15755
膜電位センサー
2012-11-29T06:11:33Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。<br />
神経細胞の膜電位はイオンチャネルの働きによって発生し制御されている。神経活動におけるイオンチャネルの開閉因子には大きく分けて二つ、化学シナプスにおけるリガンド結合と、活動電位などの膜電位変化があり、後者を感知する機構が膜電位センサーである。膜電位センサーはクローニングされた電位依存性チャネルのアミノ酸配列上に電荷を持った膜貫通ドメイン（電位センサードメイン）として同定され、そして現代では結晶構造解析により、その原子構造が明らかになっている。本項目では、その電位センサードメインに対して、研究の歴史を紐解き、分子レベルの作動機構を解説する。<br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低く保持されている（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年に[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]によって初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaによって、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）が観測され、膜電位に応答する分子内電荷により電位依存性チャネルは開閉するという電位センサー機構が提唱された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15754
膜電位センサー
2012-11-29T06:10:36Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。<br />
神経細胞の膜電位はイオンチャネルの働きによって発生し制御されている。神経活動におけるイオンチャネルの開閉因子には大きく分けて二つ、化学シナプスにおけるリガンド結合と、活動電位などの膜電位変化があり、後者を感知する機構が膜電位センサーである。膜電位センサーはクローニングされた電位依存性チャネルのアミノ酸配列上に電荷を持った膜貫通ドメイン（電位センサードメイン）として同定され、そして現代では結晶構造解析により、その原子構造が明らかになっている。本項目では、その電位センサードメインに対して、研究の歴史を紐解き、分子レベルの作動機構を解説する。<br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低く保持される（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年に[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]によって初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaによって、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）が観測され、膜電位に応答する分子内電荷により電位依存性チャネルは開閉するという電位センサー機構が提唱された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15753
膜電位センサー
2012-11-29T06:05:10Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。<br />
神経細胞の膜電位はイオンチャネルの働きによって発生し制御されている。神経活動におけるイオンチャネルの開閉因子には大きく分けて二つ、化学シナプスにおけるリガンド結合と、活動電位などの膜電位変化があり、後者を感知する機構が膜電位センサーである。膜電位センサーはクローニングされた電位依存性チャネルのアミノ酸配列上に電荷を持った膜貫通ドメイン（電位センサードメイン）として同定され、そして現代では結晶構造解析により、その原子構造が明らかになっている。本項目では、その電位センサードメインに対して、研究の歴史を紐解き、分子レベルの作動機構を解説する。<br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低く保持される（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年の[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]によって初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaによって、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）が観測され、膜電位に応答する分子内電荷により電位依存性チャネルは開閉するという電位センサー機構が提唱された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15752
膜電位センサー
2012-11-29T06:02:43Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。<br />
神経細胞の膜電位はイオンチャネルの働きによって発生し制御されている。神経活動におけるイオンチャネルの開閉因子には大きく分けて二つ、化学シナプスにおけるリガンド結合と、活動電位などの膜電位変化があり、後者を感知する機構が膜電位センサーである。膜電位センサーはクローニングされた電位依存性チャネルのアミノ酸配列上に電荷を持った膜貫通ドメイン（電位センサードメイン）として同定され、そして現代では結晶構造解析により、その原子構造が明らかになっている。本項目では、その電位センサードメインに対して、研究の歴史を紐解き、分子レベルの作動機構を解説する。<br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低く保持される（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年の[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]の研究において初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaによって、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）が観測され、膜電位に応答する分子内電荷により電位依存性チャネルは開閉するという電位センサー機構が提唱された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15751
膜電位センサー
2012-11-29T05:48:33Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。<br />
神経細胞の膜電位はイオンチャネルの働きによって発生し制御されている。神経活動におけるイオンチャネルの開閉因子には大きく分けて二つ、化学シナプスにおけるリガンド結合と、活動電位などの膜電位変化があり、後者を感知する機構が膜電位センサーである。膜電位センサーはクローニングされた電位依存性チャネルのアミノ酸配列上に電荷を持った膜貫通ドメイン（電位センサードメイン）として同定され、そして現代では結晶構造解析により、その原子構造が明らかになっている。本項目では、その電位センサードメインに対して、研究の歴史を紐解き、分子レベルの作動機構を解説する。<br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低く保持される（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年の[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]の研究において初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaは、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）を観測し、電位依存性チャネル分子の膜貫通領域に電荷が存在することが予測された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15749
膜電位センサー
2012-11-29T05:23:25Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。（500字程度の要約を御願い致します） <br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低く保持される（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年の[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]の研究において初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaは、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）を観測し、電位依存性チャネル分子の膜貫通領域に電荷が存在することが予測された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor4.jpg&diff=15748
ファイル:Voltagesensor4.jpg
2012-11-29T05:15:54Z
<p>Yuichirofujiwara: /* 電位依存性イオンチャネルの開閉とS4チャージの移動 */</p>
<hr />
<div>== 電位依存性イオンチャネルの開閉とS4チャージの移動 ==<br />
<br />
（上図）電位依存性チャネルの開閉に伴う電荷の移動の模式図。脱分極に伴い電荷は細胞内側から細胞外側へ移動する。Closed/Openのステート遷移において、+e電荷を与えると化学平衡は右に移動する。<br />
<br />
（下図）S4の細胞膜電場内での移動の模式図。上下方向の移動だけでなく回転を伴う事が知られている。電荷を帯びたS4のまわりには水分子が陥入し、実効膜電位は膜の幅よりも短く収束している。このような電場環境では、S4は上下方向に移動することよりも回転することの方が膜を越える電荷の移動を実現するためには効率的に働く。<br />
<br />
電位センサーの作動原理の構造基盤は完全に解明されておらず種々のモデルが提唱されている。上図はS4とS3が一塊となって移動するpaddleモデルを参考にした模式図。S4に焦点を絞った下図はS4が回転移動するrotationモデル。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%88%E3%83%BC%E3%82%AF:%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15747
トーク:膜電位センサー
2012-11-29T05:06:39Z
<p>Yuichirofujiwara: /* &nbsp;編集 藤原 作業記録 */</p>
<hr />
<div>== &nbsp;編集 林 作業記録 ==<br />
<br />
*見出し深さを変えたところがあります。<br />
*要約を御願い致します。<br />
*内部リンク、外部リンク作成致しました。<br />
<br />
柚崎先生、査読を御願い致します。<br />
<br />
--[[利用者:WikiSysop|Yasunori Hayashi]] 2012年6月24日 (日) 01:14 (JST)<br />
<br />
== &nbsp;編集 柚崎 作業記録 ==<br />
<br />
藤原先生<br />
岡村先生<br />
<br />
お疲れ様です。<br />
全体によくまとまっており、読みやすかったです。いくつか気になる点を列記しますので、参考にしていただければ幸いです。<br />
<br />
１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション<br />
膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。<br />
<br />
「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」<br />
→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。<br />
<br />
「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」<br />
→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。<br />
<br />
「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」<br />
→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。<br />
<br />
２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション<br />
「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」<br />
→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？<br />
「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」<br />
<br />
「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」<br />
→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。<br />
<br />
３．図３<br />
「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」<br />
→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。<br />
また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。<br />
<br />
４．図４<br />
上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。<br />
<br />
== &nbsp;編集 藤原 作業記録 ==<br />
<br />
柚崎先生、林先生<br />
<br />
査読ありがとうございました。リバイスいたしましたので、確認よろしくお願いします。<br />
<br />
>>>>>>>>>>>>><br />
○冒頭に500字程度の要約を加えました。<br />
<br />
''１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション''<br />
''膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。''<br />
<br />
脳科学辞典に「膜電位」の項目が無いため、今回、膜電位の発生から説明いたしました。ご提案いただいたチャネルのゲート（リガンド結合、膜電位）は要約に盛り込まさせていただきました。<br />
<br />
''「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」''<br />
''→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。''<br />
<br />
記述を改変しました。<br />
<br />
''「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」''<br />
''→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。''<br />
<br />
電位依存性カルシウムチャネルも付け加えました。<br />
<br />
''「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」''<br />
''→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。''<br />
<br />
スパイク発火を削除し、記述を改変しました。<br />
<br />
''２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション''<br />
''「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」''<br />
''→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？''<br />
''「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」''<br />
<br />
査読に従い記述を改変しました。<br />
<br />
''「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」''<br />
''→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。''<br />
<br />
査読に従い記述を改変しました。<br />
<br />
''３．図３''<br />
''「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」''<br />
''→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。''<br />
''また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。''<br />
<br />
説明を加えました。<br />
<br />
''４．図４''<br />
''上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。''<br />
<br />
説明を加えました。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%88%E3%83%BC%E3%82%AF:%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15746
トーク:膜電位センサー
2012-11-29T05:03:58Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== &nbsp;編集 林 作業記録 ==<br />
<br />
*見出し深さを変えたところがあります。<br />
*要約を御願い致します。<br />
*内部リンク、外部リンク作成致しました。<br />
<br />
柚崎先生、査読を御願い致します。<br />
<br />
--[[利用者:WikiSysop|Yasunori Hayashi]] 2012年6月24日 (日) 01:14 (JST)<br />
<br />
== &nbsp;編集 柚崎 作業記録 ==<br />
<br />
藤原先生<br />
岡村先生<br />
<br />
お疲れ様です。<br />
全体によくまとまっており、読みやすかったです。いくつか気になる点を列記しますので、参考にしていただければ幸いです。<br />
<br />
１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション<br />
膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。<br />
<br />
「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」<br />
→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。<br />
<br />
「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」<br />
→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。<br />
<br />
「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」<br />
→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。<br />
<br />
２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション<br />
「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」<br />
→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？<br />
「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」<br />
<br />
「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」<br />
→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。<br />
<br />
３．図３<br />
「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」<br />
→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。<br />
また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。<br />
<br />
４．図４<br />
上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。<br />
<br />
== &nbsp;編集 藤原 作業記録 ==<br />
<br />
柚崎先生、林先生<br />
<br />
査読ありがとうございました。リバイスいたしましたので、確認よろしくお願いします。<br />
<br />
>>>>>>>>>>>>><br />
○冒頭に500字程度の要約を加えました。<br />
<br />
''１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション''<br />
''膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。''<br />
<br />
脳科学辞典に「膜電位」の項目が無いため、今回膜電位の発生から説明いたしました。<br />
<br />
''「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」''<br />
''→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。''<br />
<br />
記述を改変しました。<br />
<br />
''「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」''<br />
''→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。''<br />
<br />
電位依存性カルシウムチャネルも付け加えました。<br />
<br />
''「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」''<br />
''→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。''<br />
<br />
スパイク発火を削除し、記述を改変しました。<br />
<br />
''２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション''<br />
''「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」''<br />
''→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？''<br />
''「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」''<br />
<br />
査読に従い記述を改変しました。<br />
<br />
''「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」''<br />
''→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。''<br />
<br />
査読に従い記述を改変しました。<br />
<br />
''３．図３''<br />
''「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」''<br />
''→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。''<br />
''また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。''<br />
<br />
説明を加えました。<br />
<br />
''４．図４''<br />
''上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。''<br />
<br />
説明を加えました。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%88%E3%83%BC%E3%82%AF:%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15745
トーク:膜電位センサー
2012-11-29T05:00:37Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== &nbsp;編集 林 作業記録 ==<br />
<br />
*見出し深さを変えたところがあります。<br />
*要約を御願い致します。<br />
*内部リンク、外部リンク作成致しました。<br />
<br />
柚崎先生、査読を御願い致します。<br />
<br />
--[[利用者:WikiSysop|Yasunori Hayashi]] 2012年6月24日 (日) 01:14 (JST)<br />
<br />
== &nbsp;編集 柚崎 作業記録 ==<br />
<br />
藤原先生<br />
岡村先生<br />
<br />
お疲れ様です。<br />
全体によくまとまっており、読みやすかったです。いくつか気になる点を列記しますので、参考にしていただければ幸いです。<br />
<br />
１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション<br />
膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。<br />
<br />
「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」<br />
→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。<br />
<br />
「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」<br />
→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。<br />
<br />
「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」<br />
→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。<br />
<br />
２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション<br />
「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」<br />
→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？<br />
「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」<br />
<br />
「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」<br />
→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。<br />
<br />
３．図３<br />
「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」<br />
→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。<br />
また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。<br />
<br />
４．図４<br />
上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。<br />
<br />
== &nbsp;編集 藤原 作業記録 ==<br />
<br />
柚崎先生、林先生<br />
<br />
査読ありがとうございました。リバイスいたしましたので、確認よろしくお願いします。<br />
<br />
>>>>>>>>>>>>><br />
○冒頭に500字程度の要約を加えました。<br />
<br />
''１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション<br />
膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。''<br />
<br />
脳科学辞典に「膜電位」の項目が無いため、今回膜電位の発生から説明いたしました。<br />
<br />
''「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」<br />
→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。''<br />
<br />
記述を改変しました。<br />
<br />
''「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」<br />
→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。''<br />
<br />
電位依存性カルシウムチャネルも付け加えました。<br />
<br />
''「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」<br />
→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。''<br />
<br />
スパイク発火を削除し、記述を改変しました。<br />
<br />
''２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション<br />
「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」<br />
→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？<br />
「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」''<br />
<br />
査読に従い記述を改変しました。<br />
<br />
''「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」<br />
→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。''<br />
<br />
査読に従い記述を改変しました。<br />
<br />
''３．図３<br />
「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」<br />
→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。<br />
また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。''<br />
<br />
説明を加えました。<br />
<br />
''４．図４<br />
上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。''<br />
<br />
説明を加えました。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%88%E3%83%BC%E3%82%AF:%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15744
トーク:膜電位センサー
2012-11-29T04:59:08Z
<p>Yuichirofujiwara: /* &nbsp;編集 藤原 作業記録 */</p>
<hr />
<div>== &nbsp;編集 林 作業記録 ==<br />
<br />
*見出し深さを変えたところがあります。<br />
*要約を御願い致します。<br />
*内部リンク、外部リンク作成致しました。<br />
<br />
柚崎先生、査読を御願い致します。<br />
<br />
--[[利用者:WikiSysop|Yasunori Hayashi]] 2012年6月24日 (日) 01:14 (JST)<br />
<br />
== &nbsp;編集 柚崎 作業記録 ==<br />
<br />
藤原先生<br />
岡村先生<br />
<br />
お疲れ様です。<br />
全体によくまとまっており、読みやすかったです。いくつか気になる点を列記しますので、参考にしていただければ幸いです。<br />
<br />
１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション<br />
膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。<br />
<br />
「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」<br />
→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。<br />
<br />
「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」<br />
→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。<br />
<br />
「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」<br />
→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。<br />
<br />
２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション<br />
「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」<br />
→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？<br />
「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」<br />
<br />
「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」<br />
→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。<br />
<br />
３．図３<br />
「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」<br />
→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。<br />
また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。<br />
<br />
４．図４<br />
上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。<br />
<br />
== &nbsp;編集 藤原 作業記録 ==<br />
<br />
柚崎先生、林先生<br />
<br />
査読ありがとうございました。リバイスいたしましたので、確認よろしくお願いします。<br />
<br />
>>>>>>>>>>>>><br />
○冒頭に500字程度の要約を加えました。<br />
<br />
''１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション<br />
膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。''<br />
<br />
脳科学辞典に「膜電位」の項目が無いため、今回膜電位の発生から説明いたしました。<br />
<br />
''「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」<br />
→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。''<br />
<br />
そのように改変いたしました。<br />
<br />
''「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」<br />
→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。''<br />
<br />
電位依存性カルシウムチャネルも付け加えました。<br />
<br />
''「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」<br />
→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。''<br />
<br />
スパイク発火を削除し、記述を改変しました。<br />
<br />
''２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション<br />
「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」<br />
→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？<br />
「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」''<br />
<br />
査読に従い記述を改変しました。<br />
<br />
''「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」<br />
→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。''<br />
<br />
査読に従い記述を改変しました。<br />
<br />
''３．図３<br />
「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」<br />
→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。<br />
また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。''<br />
<br />
査読に従い説明を加えました。<br />
<br />
''４．図４<br />
上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。''<br />
<br />
査読に従い説明を加えました。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%88%E3%83%BC%E3%82%AF:%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15743
トーク:膜電位センサー
2012-11-29T04:51:32Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== &nbsp;編集 林 作業記録 ==<br />
<br />
*見出し深さを変えたところがあります。<br />
*要約を御願い致します。<br />
*内部リンク、外部リンク作成致しました。<br />
<br />
柚崎先生、査読を御願い致します。<br />
<br />
--[[利用者:WikiSysop|Yasunori Hayashi]] 2012年6月24日 (日) 01:14 (JST)<br />
<br />
== &nbsp;編集 柚崎 作業記録 ==<br />
<br />
藤原先生<br />
岡村先生<br />
<br />
お疲れ様です。<br />
全体によくまとまっており、読みやすかったです。いくつか気になる点を列記しますので、参考にしていただければ幸いです。<br />
<br />
１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション<br />
膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。<br />
<br />
「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」<br />
→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。<br />
<br />
「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」<br />
→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。<br />
<br />
「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」<br />
→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。<br />
<br />
２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション<br />
「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」<br />
→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？<br />
「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」<br />
<br />
「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」<br />
→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。<br />
<br />
３．図３<br />
「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」<br />
→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。<br />
また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。<br />
<br />
４．図４<br />
上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。<br />
<br />
== &nbsp;編集 藤原 作業記録 ==<br />
１．膜電位センサーとは 「概念」のセクション<br />
膜電位センサーの概念を伝えるのに、このセクションはやや冗長に感じました。基本的な概念は、チャネルをゲートする機構としてリガンド結合と膜電位があり、後者を感知する機構が電位センサーということではないかと思います。<br />
<br />
「イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く･･･」<br />
→要するに「細胞膜はK+イオンに選択性が高いために」ということだと思います。でももっと正確には「静止膜電位（-60～-80mV)付近で常時開口するKチャネルの働きにより静止膜電位は形成され」と思います。<br />
<br />
「主に電位依存性ナトリウムチャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(活動電位)。」<br />
→「主に、」とありますが、Ca活動電位も結構普通にありますので、ちょっと気になります。<br />
<br />
「･･･このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。」<br />
→スパイク発火とは関係なくとも膜電位が変化すれば膜電位センサーは働きますので、ちょっと不正確に思いました。<br />
<br />
２．膜電位センサーとは 「研究の歴史」のセクション<br />
「膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された」<br />
→膜電位センターという言葉が2回繰り返されてやや冗長？<br />
「膜電位センサーの概念は、イカの巨大軸索における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年にHodgkin-Huxleyによって初めて導入された」<br />
<br />
「1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された」<br />
→その通りですが、ちょっと分かりにくいように思います。折角の発見の面白さを伝えた方が良くないでしょうか？例えば「脱分極時にNaチャネルを通って内向きNa電流が流れる直前に、一時的に観察される外向き電流が観察される。1974年にArmstrong & Bezanillaはこの電流が、細胞膜中でに存在する膜電位センサーの電荷の移動に由来することを示した」など。<br />
<br />
３．図３<br />
「電位センサードメイン（S4)のマルチプルアライン」<br />
→「各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン（S4)の比較」など、もっとわかりやすくお願いします。<br />
また図のキャプションがもう少し必要です。例えば図３だとhERG、KvAPなどの略称の説明。色づけされたRの意味など。<br />
<br />
４．図４<br />
上の図はいわゆるpaddleモデルみたいに見えます。下の図はrotational shiftモデルみたいに見えます。この2つの図の関係は？キャプションが必要と思います。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15742
膜電位センサー
2012-11-29T04:49:33Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。（500字程度の要約を御願い致します） <br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。細胞膜はK<sup>+</sup>の選択的透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年の[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]の研究において初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaは、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）を観測し、電位依存性チャネル分子の膜貫通領域に電荷が存在することが予測された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15741
膜電位センサー
2012-11-29T04:41:21Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。（500字程度の要約を御願い致します） <br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK<sup>+</sup>の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。[[電位依存性ナトリウムチャネル]]や[[電位依存性カルシウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位は変動しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年の[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]の研究において初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaは、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）を観測し、電位依存性チャネル分子の膜貫通領域に電荷が存在することが予測された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15740
膜電位センサー
2012-11-29T04:15:06Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。（500字程度の要約を御願い致します） <br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK<sup>+</sup>の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に[[電位依存性ナトリウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は、[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]における活動電位発生時のイオン透過性の変化を膜電位固定法を用いた研究により、1952年の[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]の研究において初めて導入された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaは、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）を観測し、電位依存性チャネル分子の膜貫通領域に電荷が存在することが予測された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15739
膜電位センサー
2012-11-29T04:00:54Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。（500字程度の要約を御願い致します） <br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK<sup>+</sup>の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に[[電位依存性ナトリウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は1952年の[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]を使った[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]の研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaは、脱分極時に電位依存性チャネルを通ってイオン電流が流れる直前に一過的に流れる外向き電流（[[ゲート電流]]）を観測し、膜電位に依存する分子が細胞膜内に電荷を持つことが予測された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor4.jpg&diff=15737
ファイル:Voltagesensor4.jpg
2012-11-29T02:45:05Z
<p>Yuichirofujiwara: /* 電位依存性イオンチャネルの開閉とS4チャージの移動 */</p>
<hr />
<div>== 電位依存性イオンチャネルの開閉とS4チャージの移動 ==<br />
<br />
（上図）電位依存性チャネルの開閉に伴う電荷の移動の模式図。脱分極に伴い電荷は細胞内側から細胞外側へ移動する。Closed/Openのステート遷移において、+e電荷を与えると化学平衡は質量作用の法則により右に移動する。<br />
<br />
（下図）S4の細胞膜電場内での移動の模式図。上下方向の移動だけでなく回転を伴う事が知られている。細胞膜の脂質分子と親水性残基で構成されるS4の間には水分子が陥入し、実効膜電位は膜の幅よりも短く収束している。このような電場環境では、S4は上下方向の移動よりも回転することが膜を越える電荷の移動を実現するためには有効に働く。<br />
<br />
電位センサーの作動原理の構造基盤は完全に解明されておらず種々のモデルが提唱されている。上図はS4とS3が一塊となって移動するpaddleモデルを参考にした模式図。S4に焦点を絞った下図はS4が回転移動するrotationモデル。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor4.jpg&diff=15733
ファイル:Voltagesensor4.jpg
2012-11-29T02:40:57Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== 電位依存性イオンチャネルの開閉とS4チャージの移動 ==<br />
<br />
（上図）電位依存性チャネルの開閉に伴う電荷の移動の模式図。脱分極に伴い電荷は細胞内側から細胞外側へ移動する。Open/Closedのステートモデルにおいて、+e電荷を与えると化学平衡は質量作用の法則で右に遷移する。<br />
<br />
（下図）S4の細胞膜電場内での移動の模式図。上下方向の移動だけでなく回転を伴う事が知られている。細胞膜の脂質分子と親水性残基で構成されるS4の間には水分子が陥入し、実効膜電位は短く収束している。このような電場環境では、S4は上下方向の移動よりも回転することが膜を超えた電荷の移動を実現するためには有効に働く。<br />
<br />
電位センサーの作動原理の構造基盤は完全に解明されておらず種々のモデルが提唱されている。上図はS4とS3が一塊となって移動するpaddleモデルを参考にした模式図。S4に焦点を絞った下図はS4が回転移動するrotational shiftモデルの模式図。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=15731
膜電位センサー
2012-11-29T02:19:34Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor、electric potential sensor 独：Spannungssensor 仏：capteur de tension,&nbsp;senseur au voltage<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図1. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] 細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパク質の電位センサードメインが挙げられる。（500字程度の要約を御願い致します） <br />
<br />
== 膜電位センサーとは ==<br />
<br />
<span class="Apple-style-span" style="font-size: 18px; font-weight: bold; ">概念</span><br />
<br />
[[Image:Voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図2. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は[[wikipedia:ja:誘電体|誘電体]]である脂質二重膜（[[細胞膜]]）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。[[wikipedia:ja:ほ乳類|ほ乳類]]の[[wikipedia:ja:神経細胞|神経細胞]]の細胞膜には[[wikipedia:ja:ナトリウム|Na<sup>+</sup>]]と[[wikipedia:ja:カリウム|K<sup>+</sup>]]を交換するポンプ([[Na+/K+ ATPase|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup> ATPase]])が存在し、細胞内はK<sup>+</sup>が多くNa<sup>+</sup>が少なく、細胞外はNa<sup>+</sup>が多くK<sup>+</sup>が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK<sup>+</sup>の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（[[静止膜電位]]）。化学的[[シナプス伝達]]や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に[[電位依存性ナトリウムチャネル]]の働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内で[[イオン透過ゲート]]を開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。 <br />
<br />
=== 研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図3. 電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較</b>]] <br />
<br />
18世紀中頃イタリアの医師[[wikipedia:ja:ガルヴァーニ|ガルヴァーニ]]が、[[wikipedia:ja:カエル|カエル]]の[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]がカミナリの[[wikipedia:ja:雷光|雷光]]により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は1952年の[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]を使った[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]-[[wikipedia:ja:アンドリュー・フィールディング・ハクスリー|Huxley]]の研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong &amp; Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（[[ゲート電流]]）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
1980年代に、種々の[[電位依存性チャネル]]がクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に[[電位依存性ホスファターゼ]](VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に[[wikipedia:ja:古細菌|古細菌]]<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
== 構造と作動機構 ==<br />
<br />
[[Image:Voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図4. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびた[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]残基（主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:塩橋|塩橋]]を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの[[開口確率]]は膜電位に対して急勾配の[[wikipedia:ja:ボルツマン関数|ボルツマン関数]](+12e～+13e)となっており、[[wikipedia:ja:半導体|半導体]]素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。<br />
<br />
電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である[[電位依存性H+チャネル|電位依存性H<sup>+</sup>チャネル]]<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。 <br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種[[wikipedia:ja:タランチュラ|タランチュラ]]の毒である[[wikipedia:ja:ハナトキシン|ハナトキシン]]は電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ==<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。[[内耳有毛細胞]]で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白である[[プレスチン]]は電場内にCl<sup>-</sup>を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。[[代謝型アセチルコリン受容体]](M1受容体)は電位依存的な[[リガンド]]親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。 <br />
<br />
== 関連項目 ==<br />
<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]]<br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：柚崎通介）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor2.jpg&diff=15730
ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-11-29T02:17:05Z
<p>Yuichirofujiwara: /* 各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 */</p>
<hr />
<div>== 各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 ==<br />
<br />
<br />
Shaker:ショウジョウバエの電位依存性K+チャネル<br />
<br />
hEAG:ヒトのhERGチャネル (human Ether-à-go-go Related Gene, ヒト心筋に発現する代表的な電位依存性K+チャネル; Kv11.1)<br />
<br />
KvAP:古細菌の電位依存性K+チャネル (Voltage-gated K<sup>+</sup> channel, ''Arcanobacterium Pyogenes'')<br />
<br />
Nav:ヒトの電位依存性Na+チャネル (Voltage-gated Na<sup>+</sup> channel)<br />
<br />
Cav:ヒトの電位依存性Ca2+チャネル (Voltage-gated Ca<sup>2+</sup> channel)<br />
<br />
Hv:マウスの電位依存性H+チャネル (Voltage-gated H<sup>+</sup> channel)<br />
<br />
VSP:ホヤの電位依存性ホスファターゼ (Voltage-sensing phosphatase)<br />
<br />
正電荷を帯びたアミノ酸残基（アルギニン：R、リジン：K；青色ハイライト）が膜電位に応答する。正電荷のS4における位置を一般的にR0-R7と規定する。そのうち電位依存性K+チャネルでは、R1-R4が実際の膜電位感知における有効電荷と考えられている。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor2.jpg&diff=15729
ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-11-29T02:15:12Z
<p>Yuichirofujiwara: /* 各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 */</p>
<hr />
<div>== 各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 ==<br />
<br />
<br />
Shaker:ショウジョウバエの電位依存性K+チャネル<br />
<br />
hEAG:ヒトのhERGチャネル (human Ether-à-go-go Related Gene, ヒト心筋に発現する代表的なVoltage-gated K<sup>+</sup> channel; Kv11.1)<br />
<br />
KvAP:古細菌の電位依存性K+チャネル (Voltage-gated K<sup>+</sup> channel, ''Arcanobacterium Pyogenes'')<br />
<br />
Nav:ヒトの電位依存性Na+チャネル (Voltage-gated Na<sup>+</sup> channel)<br />
<br />
Cav:ヒトの電位依存性Ca2+チャネル (Voltage-gated Ca<sup>2+</sup> channel)<br />
<br />
Hv:マウスの電位依存性H+チャネル (Voltage-gated H<sup>+</sup> channel)<br />
<br />
VSP:ホヤの電位依存性ホスファターゼ (Voltage-sensing phosphatase)<br />
<br />
正電荷を帯びたアミノ酸残基（アルギニン：R、リジン：K；青色ハイライト）が膜電位に応答する。正電荷のS4における位置を一般的にR0-R7と規定する。そのうち電位依存性K+チャネルでは、R1-R4が実際の膜電位感知における有効電荷と考えられている。</div>
Yuichirofujiwara
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ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-11-29T02:14:51Z
<p>Yuichirofujiwara: /* 各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 */</p>
<hr />
<div>== 各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 ==<br />
<br />
<br />
Shaker:ショウジョウバエの電位依存性K+チャネル<br />
<br />
hEAG:ヒトのhERGチャネル (Human Ether-à-go-go Related Gene, ヒト心筋に発現する代表的なVoltage-gated K<sup>+</sup> channel; Kv11.1)<br />
<br />
KvAP:古細菌の電位依存性K+チャネル (Voltage-gated K<sup>+</sup> channel, ''Arcanobacterium Pyogenes'')<br />
<br />
Nav:ヒトの電位依存性Na+チャネル (Voltage-gated Na<sup>+</sup> channel)<br />
<br />
Cav:ヒトの電位依存性Ca2+チャネル (Voltage-gated Ca<sup>2+</sup> channel)<br />
<br />
Hv:マウスの電位依存性H+チャネル (Voltage-gated H<sup>+</sup> channel)<br />
<br />
VSP:ホヤの電位依存性ホスファターゼ (Voltage-sensing phosphatase)<br />
<br />
正電荷を帯びたアミノ酸残基（アルギニン：R、リジン：K；青色ハイライト）が膜電位に応答する。正電荷のS4における位置を一般的にR0-R7と規定する。そのうち電位依存性K+チャネルでは、R1-R4が実際の膜電位感知における有効電荷と考えられている。</div>
Yuichirofujiwara
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ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-11-29T02:01:00Z
<p>Yuichirofujiwara: /* 各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 */</p>
<hr />
<div>== 各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 ==<br />
<br />
<br />
Shaker:ショウジョウバエの電位依存性K+チャネル<br />
<br />
hEAG:ヒトのhERGチャネル (Human Ether-à-go-go Related Gene)<br />
<br />
KvAP:古細菌の電位依存性K+チャネル (Voltage-gated K+ channel, ''Arcanobacterium Pyogenes'')<br />
<br />
Nav:ヒトの電位依存性Na+チャネル (Voltage-gated Na+ channel)<br />
<br />
Cav:ヒトの電位依存性Ca2+チャネル (Voltage-gated Ca2+ channel)<br />
<br />
Hv:マウスの電位依存性H+チャネル (Voltage-gated H+ channel)<br />
<br />
VSP:ホヤの電位依存性ホスファターゼ (Voltage-sensing phosphatase)<br />
<br />
正電荷を帯びたアミノ酸残基の部位を一般的にR0-R7と規定する。そのうち電位依存性K+チャネルでは、実際の膜電位感知に重要な電荷R1-R4が有効電荷と考えられている。</div>
Yuichirofujiwara
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ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-11-27T12:46:22Z
<p>Yuichirofujiwara: /*各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 */</p>
<hr />
<div>== 各種電位依存性チャネルにおける電位センサードメイン(S4)の比較 ==<br />
<br />
<br />
Shaker:ショウジョウバエの電位依存性K+チャネル<br />
<br />
hEAG:ヒトのhERGチャネル (human Ether-à-go-go Related Gene)<br />
<br />
KvAP:古細菌の電位依存性K+チャネル (Voltage-gated K+ channel, Arcanobacterium Pyogenes)<br />
<br />
Nav:ヒトの電位依存性Na+チャネル (Voltage-gated Na+ channel)<br />
<br />
Cav:ヒトの電位依存性Ca2+チャネル (Voltage-gated Ca2+ channel)<br />
<br />
Hv:マウスの電位依存性H+チャネル (Voltage-gated H+ channel)<br />
<br />
VSP:ホヤの電位依存性ホスファターゼ (Voltage-sensing phosphatase)<br />
<br />
正電荷を帯びたアミノ酸残基の部位を一般的にR0-R7と規定する。そのうち電位依存性K+チャネルでは、実際の膜電位感知に重要な電荷R1-R4が有効電荷と考えられている。</div>
Yuichirofujiwara
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ファイル:Voltagesensor4.jpg
2012-06-09T08:26:49Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== 電位依存性イオンチャネルの開閉とS4チャージの移動 ==<br />
<br />
（上図）電位依存性チャネルの開閉に伴う電荷の移動。+e電荷を与えると化学平衡は右に進む。<br />
<br />
（下図）S4の細胞膜電場内での移動の模式図。上下方向の移動だけでなく回転を伴う事が知られている。</div>
Yuichirofujiwara
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ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-06-09T08:20:36Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== 電位センサー(S4)のマルチプルアライン ==<br />
<br />
<br />
Shaker:ショウジョウバエの電位依存性K+チャネル<br />
<br />
hEAG:ヒトのhERGチャネル<br />
<br />
KvAP:古細菌の電位依存性K+チャネル<br />
<br />
Nav:ヒトの電位依存性Na+チャネル<br />
<br />
Cav:ヒトの電位依存性Ca2+チャネル<br />
<br />
Hv:マウスの電位依存性H+チャネル<br />
<br />
VSP:ホヤの電位依存性ホスファターゼ<br />
<br />
正電荷を帯びたアミノ酸残基の部位を一般的にR0-R7と規定する。そのうち電位依存性K+チャネルでは、実際の膜電位感知に重要な電荷R1-R4が有効電荷と考えられている。</div>
Yuichirofujiwara
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ファイル:Voltagesensor1.jpg
2012-06-09T08:16:02Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== 電位依存性イオンチャネルの基本構造 ==<br />
<br />
S1-S6の６回膜貫領域を基本構造として、４回リピートし中心にイオン透過路を構成する。<br />
<br />
４つの電位センサードメインはポアドメインの外側に配置する。</div>
Yuichirofujiwara
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ファイル:Voltagesensor1.jpg
2012-06-09T08:08:11Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== 電位依存性イオンチャネルの基本構造 ==</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor0.jpg&diff=10363
ファイル:Voltagesensor0.jpg
2012-06-09T08:05:27Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== 電位センサードメインの結晶構造 ==<br />
<br />
Kv1.2-2.1 paddle chimeraチャネルの結晶構造(PDB:2R9R)の電位センサードメイン。<br />
<br />
青：S4に保存された正電荷を持つアミノ酸残基（Kv1.2-2.1 paddle chimeraチャネルのR1はGlnだが便宜上青に統一した）<br />
<br />
赤：S1-S3に保存された負電荷を持つアミノ酸残基<br />
<br />
黄：S4の正電荷を帯びた残基とS1-3の負電荷を帯びた残基による塩橋<br />
<br />
緑：疎水性バリアの中心を構成するPhe</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor0.jpg&diff=10362
ファイル:Voltagesensor0.jpg
2012-06-09T08:03:18Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== 電位センサードメインの結晶構造 ==<br />
<br />
Kv1.2-2.1 paddle chimeraチャネルの結晶構造(PDB:2R9R)の電位センサードメイン。<br />
<br />
青：S4に保存された正電荷を持つアミノ酸残基（Kv1.2-2.1 paddle chimeraチャネルのR1はGlnだが便宜上青に統一した）<br />
<br />
赤：S1-S3に保存された負電荷を持つアミノ酸残基<br />
<br />
黄：S4の正電荷とS1-3の負電荷による塩橋<br />
<br />
緑：疎水性バリアの中心を構成するPhe</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=10361
膜電位センサー
2012-06-09T04:41:38Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor[[Image:voltagesensor0.jpg|thumb|130px|<b>図１. 電位センサードメインの結晶構造</b>]]<br />
<br />
同義語/関連語： electric potential sensor / 電位依存性イオンチャネル、voltage-gated ion channel、 <br />
<br />
=== 膜電位センサーとは ===<br />
<br />
細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパクの電位センサードメインが挙げられる。<br />
<br />
=== 膜電位の概念 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図２. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は誘電体である脂質二重膜（細胞膜）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。ほ乳類の神経細胞の細胞膜にはNa+とK+を交換するポンプ(Na+/K+ ATPase)が存在し、細胞内はK+が多くNa+が少なく、細胞外はNa+が多くK+が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（[[静止膜電位]]）。化学的シナプス伝達や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に電位依存性Na+チャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内でイオン透過ゲートを開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。<br />
<br />
=== 膜電位センサー研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図３. 電位センサードメイン(S4)のマルチプルアライン</b>]] 18世紀中頃イタリアの医師ガルヴァーニが、カエルの筋肉がカミナリの雷光により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。1980年代に、種々の電位依存性チャネルがクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に電位依存性ホスファターゼ(VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に古細菌<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
=== 電位依存性イオンチャネルの膜電位センサーの構造と作動機構 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図４. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびたアミノ酸残基（主にアルギニン）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と塩橋を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの開口確率は膜電位に対して急勾配のボルツマン関数(+12e～+13e)となっており、半導体素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である電位依存性H+チャネル<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。<br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種タランチュラの毒であるハナトキシンは電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。内耳有毛細胞で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白であるプレスチンは電場内にCl-を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。代謝型アセチルコリン受容体(M1受容体)は電位依存的なリガンド親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== 関連項目 ===<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]] <br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：---）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=10360
膜電位センサー
2012-06-09T04:32:36Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor[[Image:voltagesensor0.jpg|thumb|130px|<b>図１. 電位センサードメインの結晶構造</b>]]<br />
<br />
同義語/関連語： electric potential sensor / 電位依存性イオンチャネル、voltage-gated ion channel、 <br />
<br />
=== 膜電位センサーとは ===<br />
<br />
細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパクの電位センサードメインが挙げられる。<br />
<br />
=== 膜電位の概念 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図２. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は誘電体である脂質二重膜（細胞膜）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。ほ乳類の神経細胞の細胞膜にはNa+とK+を交換するポンプ(Na+/K+ ATPase)が存在し、細胞内はK+が多くNa+が少なく、細胞外はNa+が多くK+が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（[[静止膜電位]]）。化学的シナプス伝達や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に電位依存性Na+チャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内でイオン透過ゲートを開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。<br />
<br />
=== 膜電位センサー研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図３. 電位センサードメインのマルチプルアライン</b>]] 18世紀中頃イタリアの医師ガルヴァーニが、カエルの筋肉がカミナリの雷光により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。1980年代に、種々の電位依存性チャネルがクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に電位依存性ホスファターゼ(VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に古細菌<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
=== 電位依存性イオンチャネルの膜電位センサーの構造と作動機構 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図４. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびたアミノ酸残基（主にアルギニン）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と塩橋を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの開口確率は膜電位に対して急勾配のボルツマン関数(+12e～+13e)となっており、半導体素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 12721605 </pubmed></ref>。電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である電位依存性H+チャネル<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。<br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種タランチュラの毒であるハナトキシンは電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。内耳有毛細胞で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白であるプレスチンは電場内にCl-を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。代謝型アセチルコリン受容体(M1受容体)は電位依存的なリガンド親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== 関連項目 ===<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]] <br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：---）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor4.jpg&diff=10325
ファイル:Voltagesensor4.jpg
2012-06-08T12:19:44Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div><br />
== 電位依存性イオンチャネルの開閉とS4チャージの移動 ==<br />
<br />
（上図）電位依存性チャネルの開閉に伴う電荷の移動。+e電荷を与えると化学平衡は右に進む。<br />
<br />
<br />
（下図）S4の細胞膜電場内での移動の模式図。上下方向の移動だけでなく回転を伴う事が知られている。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor4.jpg&diff=10324
ファイル:Voltagesensor4.jpg
2012-06-08T12:17:22Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div></div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=10323
膜電位センサー
2012-06-08T12:17:04Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor[[Image:voltagesensor0.jpg|thumb|130px|<b>図１. 電位センサードメインの結晶構造</b>]]<br />
<br />
同義語/関連語： electric potential sensor / 電位依存性イオンチャネル、voltage-gated ion channel、 <br />
<br />
=== 膜電位センサーとは ===<br />
<br />
細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパクの電位センサードメインが挙げられる。<br />
<br />
=== 膜電位の概念 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図２. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は誘電体である脂質二重膜（細胞膜）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。ほ乳類の神経細胞の細胞膜にはNa+とK+を交換するポンプ(Na+/K+ ATPase)が存在し、細胞内はK+が多くNa+が少なく、細胞外はNa+が多くK+が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（[[静止膜電位]]）。化学的シナプス伝達や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に電位依存性Na+チャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる([[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内でイオン透過ゲートを開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。<br />
<br />
=== 膜電位センサー研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図３. 電位センサードメインのマルチプルアライン</b>]] 18世紀中頃イタリアの医師ガルヴァーニが、カエルの筋肉がカミナリの雷光により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。1980年代に、種々の電位依存性チャネルがクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に電位依存性ホスファターゼ(VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に古細菌<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
=== 電位依存性イオンチャネルの膜電位センサーの構造と作動機構 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor4.jpg|thumb|300px|<b>図４. S4チャージの移動</b>]] 電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびたアミノ酸残基（主にアルギニン）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と塩橋を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの開口確率は膜電位に対して急勾配のボルツマン関数(+12e～+13e)となっており、半導体素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 1272160 </pubmed></ref>。電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である電位依存性H+チャネル<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。<br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種タランチュラの毒であるハナトキシンは電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。内耳有毛細胞で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白であるプレスチンは電場内にCl-を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。代謝型アセチルコリン受容体(M1受容体)は電位依存的なリガンド親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== 関連項目 ===<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]] <br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：---）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=10322
膜電位センサー
2012-06-08T11:14:18Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor[[Image:voltagesensor0.jpg|thumb|200px|<b>図１. 電位センサードメインの結晶構造</b>]]<br />
<br />
同義語/関連語： electric potential sensor / 電位依存性イオンチャネル、voltage-gated ion channel、 <br />
<br />
<br />
=== 膜電位センサーとは ===<br />
<br />
細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパクの電位センサードメインが挙げられる。<br />
<br />
=== 膜電位の概念 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図２. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は誘電体である脂質二重膜（細胞膜）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。ほ乳類の神経細胞の細胞膜にはNa+とK+を交換するポンプ(Na+/K+ ATPase)が存在し、細胞内はK+が多くNa+が少なく、細胞外はNa+が多くK+が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（ref.[[静止膜電位]]）。化学的シナプス伝達や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に電位依存性Na+チャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(ref. [[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内でイオン透過ゲートを開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。<br />
<br />
=== 膜電位センサー研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図３. 電位センサードメインのマルチプルアライン</b>]] 18世紀中頃イタリアの医師ガルヴァーニが、カエルの筋肉がカミナリの雷光により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。1980年代に、種々の電位依存性チャネルがクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に電位依存性ホスファターゼ(VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に古細菌<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
=== 電位依存性イオンチャネルの膜電位センサーの構造と作動機構 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびたアミノ酸残基（主にアルギニン）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と塩橋を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの開口確率は膜電位に対して急勾配のボルツマン関数(+12e～+13e)となっており、半導体素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 1272160 </pubmed></ref>。電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である電位依存性H+チャネル<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。<br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種タランチュラの毒であるハナトキシンは電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。内耳有毛細胞で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白であるプレスチンは電場内にCl-を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。代謝型アセチルコリン受容体(M1受容体)は電位依存的なリガンド親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== 関連項目 ===<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]] <br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：---）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor0.jpg&diff=10321
ファイル:Voltagesensor0.jpg
2012-06-08T11:12:56Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div><br />
== 電位センサードメインの結晶構造 ==<br />
<br />
Kv1.2-2.1 paddle chimeraチャネルの結晶構造(PDB:2R9R)。<br />
<br />
青：S4に保存された正電荷を持つアミノ酸残基（Kv1.2-2.1 paddle chimeraチャネルのR1はGlnだが便宜上青地に統一した）<br />
<br />
赤：S1-S3に保存された負電荷を持つアミノ酸残基<br />
<br />
黄：S4の正電荷とS1-3の負電荷による塩橋<br />
<br />
緑：Hydrophobic barrierの中心を構成するPhe</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor0.jpg&diff=10320
ファイル:Voltagesensor0.jpg
2012-06-08T11:06:21Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div></div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=10319
膜電位センサー
2012-06-08T11:06:04Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor<br />
<br />
同義語/関連語： electric potential sensor / 電位依存性イオンチャネル、voltage-gated ion channel、[[Image:voltagesensor0.jpg|thumb|300px|<b>図１. 電位センサードメインの結晶構造</b>]] <br />
<br />
=== 膜電位センサーとは ===<br />
<br />
細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパクの電位センサードメインが挙げられる。<br />
<br />
=== 膜電位の概念 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図２. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は誘電体である脂質二重膜（細胞膜）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。ほ乳類の神経細胞の細胞膜にはNa+とK+を交換するポンプ(Na+/K+ ATPase)が存在し、細胞内はK+が多くNa+が少なく、細胞外はNa+が多くK+が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（ref.[[静止膜電位]]）。化学的シナプス伝達や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に電位依存性Na+チャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(ref. [[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内でイオン透過ゲートを開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。<br />
<br />
=== 膜電位センサー研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図３. 電位センサードメインのマルチプルアライン</b>]] 18世紀中頃イタリアの医師ガルヴァーニが、カエルの筋肉がカミナリの雷光により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。1980年代に、種々の電位依存性チャネルがクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に電位依存性ホスファターゼ(VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に古細菌<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
=== 電位依存性イオンチャネルの膜電位センサーの構造と作動機構 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびたアミノ酸残基（主にアルギニン）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と塩橋を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの開口確率は膜電位に対して急勾配のボルツマン関数(+12e～+13e)となっており、半導体素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 1272160 </pubmed></ref>。電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である電位依存性H+チャネル<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。<br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種タランチュラの毒であるハナトキシンは電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。内耳有毛細胞で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白であるプレスチンは電場内にCl-を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。代謝型アセチルコリン受容体(M1受容体)は電位依存的なリガンド親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== 関連項目 ===<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]] <br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：---）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor1.jpg&diff=10318
ファイル:Voltagesensor1.jpg
2012-06-08T10:13:42Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== 電位依存性チャネルの基本構造 ==</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor1.jpg&diff=10317
ファイル:Voltagesensor1.jpg
2012-06-08T10:12:51Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div></div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E8%86%9C%E9%9B%BB%E4%BD%8D%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC&diff=10316
膜電位センサー
2012-06-08T10:12:32Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor<br />
<br />
同義語/関連語： electric potential sensor / 電位依存性イオンチャネル、voltage-gated ion channel、<br />
<br />
=== 膜電位センサーとは ===<br />
<br />
細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパクの電位センサードメインが挙げられる。<br />
<br />
=== 膜電位の概念 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor1.jpg|thumb|300px|<b>図１. 電位依存性イオンチャネルの基本構造</b>]] 細胞は誘電体である脂質二重膜（細胞膜）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。ほ乳類の神経細胞の細胞膜にはNa+とK+を交換するポンプ(Na+/K+ ATPase)が存在し、細胞内はK+が多くNa+が少なく、細胞外はNa+が多くK+が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（ref.[[静止膜電位]]）。化学的シナプス伝達や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に電位依存性Na+チャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(ref. [[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内でイオン透過ゲートを開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。<br />
<br />
=== 膜電位センサー研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図２. 電位センサードメインのマルチプルアライン</b>]] 18世紀中頃イタリアの医師ガルヴァーニが、カエルの筋肉がカミナリの雷光により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。1980年代に、種々の電位依存性チャネルがクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に電位依存性ホスファターゼ(VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に古細菌<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
=== 電位依存性イオンチャネルの膜電位センサーの構造と作動機構 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびたアミノ酸残基（主にアルギニン）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と塩橋を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの開口確率は膜電位に対して急勾配のボルツマン関数(+12e～+13e)となっており、半導体素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 1272160 </pubmed></ref>。電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である電位依存性H+チャネル<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。<br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種タランチュラの毒であるハナトキシンは電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。内耳有毛細胞で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白であるプレスチンは電場内にCl-を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。代謝型アセチルコリン受容体(M1受容体)は電位依存的なリガンド親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== 関連項目 ===<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]] <br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：---）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor2.jpg&diff=10315
ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-06-08T09:45:18Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>== 電位センサー(S4)のマルチプルアライン ==<br />
<br />
<br />
Shker:ショウジョウバエの電位依存性K+チャネル<br />
<br />
hEAG:ヒトのhERGチャネル<br />
<br />
KvAP:古細菌の電位依存性K+チャネル<br />
<br />
Nav:ヒトの電位依存性Na+チャネル<br />
<br />
Cav:ヒトの電位依存性Ca2+チャネル<br />
<br />
Hv:マウスの伝依存性H+チャネル<br />
<br />
VSP:ホヤの電位依存性ホスファターゼ<br />
<br />
正電荷のポジションを一般的にR0-R7と規定する。そのうちR1-R4が有効電荷と考えられている。</div>
Yuichirofujiwara
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ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-06-08T09:42:31Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>電位センサー(S4)のマルチプルアライン<br />
Shker:ショウジョウバエの電位依存性K+チャネル <br />
hEAG:ヒトのhEARGチャネル<br />
KvAP:古細菌の電位依存性K+チャネル<br />
Nav:ヒトの電位依存性Na+チャネル<br />
Cav:ヒトの電位依存性Ca2+チャネル<br />
Hv:マウスの伝依存性H+チャネル<br />
VSP:ホヤの電位依存性ホスファターゼ<br />
<br />
正電荷のポジションを一般的にR0-R7と規定する。そのうちR1-R4が有効電荷と考えられている。</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor2.jpg&diff=10313
ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-06-08T09:38:21Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>電位センサー(S4)のマルチプルアライン</div>
Yuichirofujiwara
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膜電位センサー
2012-06-08T09:35:39Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div>英語名：voltage sensor<br />
<br />
同義語/関連語： electric potential sensor / 電位依存性イオンチャネル、voltage-gated ion channel、<br />
<br />
=== 膜電位センサーとは ===<br />
<br />
細胞内外の電位差（膜電位）を感知するセンサー。代表例として電位依存性イオンチャネルタンパクの電位センサードメインが挙げられる。<br />
<br />
=== 膜電位の概念 ===<br />
<br />
細胞は誘電体である脂質二重膜（細胞膜）によって外界と内部を電気的に遮断している。膜により隔たれた組成の異なる溶液の間に発生する電位差を膜電位と言う。ほ乳類の神経細胞の細胞膜にはNa+とK+を交換するポンプ(Na+/K+ ATPase)が存在し、細胞内はK+が多くNa+が少なく、細胞外はNa+が多くK+が少ない、という細胞膜を隔てたイオン濃度勾配が存在する。イオン選択性を有するイオンチャネルの働きにより細胞膜はK+の透過性が高く、そのため細胞内電位が細胞外電位に対して-60～-80mV低い（ref.[[静止膜電位]]）。化学的シナプス伝達や電気刺激などの種々の物理的刺激により、細胞膜のイオン透過性が変化し膜電位は変動する。主に電位依存性Na+チャネルの働きにより、一過性にゼロを超える（オーバーシュート）自己再生的な膜電位の変動が見られる(ref. [[活動電位]])。このように神経細胞における膜電位はスパイク発火時に時々刻々と変化しており、その膜電位変化を感知するのが膜電位センサーである。電位依存性イオンチャネルの場合、膜電位変化を電位センサードメインが感知して、分子内でイオン透過ゲートを開く力に変換される、その結果、イオン透過量が膜電位に依存して変化する。<br />
<br />
=== 膜電位センサー研究の歴史 ===<br />
<br />
[[Image:voltagesensor2.jpg|thumb|300px|<b>図２. 電位センサードメインのマルチプルアライン</b>]] 18世紀中頃イタリアの医師ガルヴァーニが、カエルの筋肉がカミナリの雷光により収縮することを発見してから、生命現象と電気的活動の関係を探る研究が今日に至るまで盛んに行われている。膜電位センサーの概念は1952年のイカの巨大軸索を使ったHodgkin-Huxleyの研究において初めて導入され、膜電位に依存して起こる神経の電気的興奮において膜電位センサーの存在が想定された<ref><pubmed> 14946712 </pubmed></ref>。1974年にArmstrong & Bezanillaによりイカの巨大軸索から電位依存性チャネルのゲート開口に伴う電荷の移動（ゲート電流）が初めて観測され、膜電位に依存する分子の挙動が反応速度論的に証明された<ref><pubmed> 4824995 </pubmed></ref>。1980年代に、種々の電位依存性チャネルがクローニングされ<ref><pubmed> 6209577 </pubmed></ref><ref><pubmed> 3037387 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2441471 </pubmed></ref>、保存されたアミノ酸配列として電荷を帯びた残基を有する膜貫通領域を中心とした電位センサードメインによる膜電位感知機構が想定された。クローニング以降、分子生物学的手法を組み合わせた電気生理学的機能解析が発展し、電位依存性イオンチャネルの電位センサードメインの作動機構に対して種々のモデルが提唱されている。2005年に電位依存性ホスファターゼ(VSP)の発見により電位センサードメインを有する蛋白質がイオンチャネル以外にも存在し電位センサーが酵素活性の調節に対しても機能していることが明らかになった<ref><pubmed> 15902207 </pubmed></ref>。2003年に古細菌<ref><pubmed> 12721618 </pubmed></ref>、2005年にはほ乳類<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>の電位依存性チャネルの結晶構造が解かれ、電位センサードメインの機能解析が原子レベルで解析される形となった。また、電位センサーの概念が成熟した現在では、電位依存性チャネルの様な電位センサードメインを有さない膜蛋白質からも電位依存的な活性やゲート電流の観測が報告されている。<br />
<br />
=== 電位依存性イオンチャネルの膜電位センサーの構造と作動機構 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネルの共通骨格は、S1-S6の6本の膜貫通ヘリックスから構成され、後半S5-S6をポアドメイン、前半S1-S4を電位センサードメインとして分類されている。S4には正電荷をおびたアミノ酸残基（主にアルギニン）が3残基おきに4-7個規則正しく存在し、S1、S2に存在する負電荷を帯びたアミノ酸残基と塩橋を構成することで、電位センサードメインのフォールディング<ref><pubmed> 16002581 </pubmed></ref>、膜へのトラフィッキングを維持している<ref><pubmed> 12556517 </pubmed></ref>。S4の正電荷を帯びたアミノ酸残基は、膜電位変化を感知する中心的な役割を担っている。これら正電荷が膜電位変化に応答して細胞膜にかかる電場を横切って移動し、「ゲート電流」として観測される。実際には、これらの残基のうち細胞外側の4つが有効なゲーティングチャージ(~+4e)として働く事が知られている<ref><pubmed> 8562074 </pubmed></ref><ref><pubmed> 8663993 </pubmed></ref>。4リピート構造である通常の電位依存性イオンチャネルの場合は4つある電位センサーが作動して初めてチャネルが開口する仕組みを取っており、チャネルの開口確率は膜電位に対して急勾配のボルツマン関数(+12e～+13e)となっており、半導体素子の電位依存性(+1e)と比較しても極めてシャープな電位依存性を有する。これは、神経細胞において膜電位の有効レンジの幅(-60～+40mV)が電子機器類よりも狭いにも関わらずON/OFFを明確に区別する機能素子を作り出す上で有効な仕組みである<ref><pubmed> 1272160 </pubmed></ref>。電位センサードメインが2量体化した構造で機能するタンパク質である電位依存性H+チャネル<ref><pubmed> 16556803 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16554753 </pubmed></ref>は、開く際に2量体間で協調が起こり、電位依存性を増強している<ref><pubmed> 20023639 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22569364 </pubmed></ref>。電位センサーには細胞内外からくさび状に水が陥入し、実効膜電位は電位センサー中心部の疎水性バリアの部分に収束していることが想定されている<ref><pubmed> 9370423 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15694325 </pubmed></ref>。このことも、最小限の構造変化で最大限の電荷の移動を生みだしている。<br />
<br />
=== 電位センサーに作用する薬剤 ===<br />
<br />
毒蜘蛛の一種タランチュラの毒であるハナトキシンは電位依存性チャネルの電位センサーに結合して阻害する<ref><pubmed> 9136774 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== その他、膜電位依存的な活性を有する分子 ===<br />
<br />
電位依存性イオンチャネル型の電位センサードメインを有していないイオンチャネルや膜蛋白質からも電位依存性な活性変化が報告されている<ref><pubmed> 19114637 </pubmed></ref><ref><pubmed> 20208975 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16532008 </pubmed></ref><ref><pubmed> 7534411 </pubmed></ref>。内耳有毛細胞で膜電位に応答して伸び縮みする膜蛋白であるプレスチンは電場内にCl-を保持し電位センサーとして使っている<ref><pubmed> 11423665 </pubmed></ref>。代謝型アセチルコリン受容体(M1受容体)は電位依存的なリガンド親和性の変化を呈しゲート電流が観測される<ref><pubmed> 17065983 </pubmed></ref>。<br />
<br />
=== 関連項目 ===<br />
*[[静止膜電位]] <br />
*[[活動電位]] <br />
*[[電位依存性チャネル]] <br />
*[[カリウムチャネル]] <br />
*[[ナトリウムチャネル]] <br />
*[[カルシウムチャネル]] <br />
*[[膜電位感受性色素]] <br />
<br />
== 参考文献 ==<br />
<br />
<references /> <br />
<br />
<br> （執筆者：藤原祐一郎、岡村康司 担当編集委員：---）</div>
Yuichirofujiwara
https://bsd.neuroinf.jp/w/index.php?title=%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Voltagesensor2.jpg&diff=10311
ファイル:Voltagesensor2.jpg
2012-06-08T09:31:32Z
<p>Yuichirofujiwara: </p>
<hr />
<div></div>
Yuichirofujiwara