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<font size="+1">[http://researchmap.jp/read0132108 中條 浩一]、[http://researchmap.jp/yoshihirokubo 久保 義弘]</font><br> | |||
''自然科学研究機構 生理学研究所''<br> | |||
DOI：<selfdoi /> 原稿受付日：2012年6月5日 原稿完成日：2013年8月12日<br> | |||
担当編集委員：[http://researchmap.jp/2rikenbsi 林 康紀]（独立行政法人理化学研究所 脳科学総合研究センター）<br> | |||
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英：gate 独: Tor 仏: porte | 英：gate 独: Tor 仏: porte | ||
同義語:ゲーティング | 同義語:ゲーティング | ||
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ゲートとは、[[イオンチャネル]]開閉を制御する機構である。閉状態にあるイオンチャネルは、[[脱分極]]や[[リガンド]]結合などの刺激を受けて構造変化を起こす。最終的にゲートが開くことで[[wikipedia:ja:イオン|イオン]]を透過させることができる開状態になる。ゲートは通常S6セグメントなどイオン透過路であるポアドメインに備わっている機構である。しかし、ゲーティングという言葉にはもう少し幅広い意味があり、例えば[[電位依存性チャネル]]であれば、[[膜電位センサー]]の動きも含めた閉状態から開状態への一連の構造変化を指すことが多い。イオンチャネルのゲーティングは60年以上前の[[Hodgkin-Huxley方程式]]の時代から精力的に研究されてきた、生物物理学の最重要課題の一つである。近年の[[結晶構造解析]]やそれに基づくシミュレーションなどにより、構造的な側面からの理解が深まりつつある。 | ゲートとは、[[イオンチャネル]]開閉を制御する機構である。閉状態にあるイオンチャネルは、[[脱分極]]や[[リガンド]]結合などの刺激を受けて構造変化を起こす。最終的にゲートが開くことで[[wikipedia:ja:イオン|イオン]]を透過させることができる開状態になる。ゲートは通常S6セグメントなどイオン透過路であるポアドメインに備わっている機構である。しかし、ゲーティングという言葉にはもう少し幅広い意味があり、例えば[[電位依存性チャネル]]であれば、[[膜電位センサー]]の動きも含めた閉状態から開状態への一連の構造変化を指すことが多い。イオンチャネルのゲーティングは60年以上前の[[Hodgkin-Huxley方程式]]の時代から精力的に研究されてきた、生物物理学の最重要課題の一つである。近年の[[結晶構造解析]]やそれに基づくシミュレーションなどにより、構造的な側面からの理解が深まりつつある。 | ||
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==ゲートとは== | ==ゲートとは== | ||
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[[Image:Kv1.2.png|300px|thumb|right|'''図1. 電位依存性カリウムチャネルの四量体構造（PDB: 2R9R）'''<br>中央にポアドメイン、外側に４つの膜電位センサードメインを持つ。中央紫の球はカリウムイオン。]] | [[Image:Kv1.2.png|300px|thumb|right|'''図1. 電位依存性カリウムチャネルの四量体構造（PDB: 2R9R）'''<br>中央にポアドメイン、外側に４つの膜電位センサードメインを持つ。中央紫の球はカリウムイオン。]] | ||
1950年代に[[Hodgkin]]と[[Huxley]]によって[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]の[[活動電位]]の発生に関わる膜電位依存性のナトリウムイオンとカリウムイオンの透過性の変化が記載されて以来、電位依存性チャネルのゲーティング機構の解明はイオンチャネル研究のもっとも中心的な課題の一つであり続けている。HodgkinとHuxleyは、カリウムイオンのコンダクタンスに関して、膜電位依存的に動く仮想的な4つのゲート”n”を仮定し、これら4つのnが膜電位依存的に独立に開状態と閉状態を行き来し、4つすべてが開状態になることで初めてカリウムイオンが流れるとした。すなわちカリウムイオン電流がn<sup>4</sup>に比例するというモデル(Hodgkin-Huxley方程式)を考案した<ref><pubmed>12991237</pubmed></ref>。ナトリウムイオン電流には3つの活性化ゲート”m”と一つの不活性化ゲート”h”を仮定し、m3hで表すことができるとした。このHodgkin-Huxley方程式により、イカの巨大軸索の活動電位と、それに伴うカリウムイオンとナトリウムイオンのコンダクタンス変化を正確に再現することができた。膜電位の変化を感知するための機構として、細胞膜を横切って動く電荷”ゲーティングチャージ”の存在が予想された。 | 1950年代に[[wikipedia:ja:アラン・ロイド・ホジキン|Hodgkin]]と[[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[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の巨大[[軸索]]の[[活動電位]]の発生に関わる膜電位依存性のナトリウムイオンとカリウムイオンの透過性の変化が記載されて以来、電位依存性チャネルのゲーティング機構の解明はイオンチャネル研究のもっとも中心的な課題の一つであり続けている。HodgkinとHuxleyは、カリウムイオンのコンダクタンスに関して、膜電位依存的に動く仮想的な4つのゲート”n”を仮定し、これら4つのnが膜電位依存的に独立に開状態と閉状態を行き来し、4つすべてが開状態になることで初めてカリウムイオンが流れるとした。すなわちカリウムイオン電流がn<sup>4</sup>に比例するというモデル(Hodgkin-Huxley方程式)を考案した<ref><pubmed>12991237</pubmed></ref>。ナトリウムイオン電流には3つの活性化ゲート”m”と一つの不活性化ゲート”h”を仮定し、m3hで表すことができるとした。このHodgkin-Huxley方程式により、イカの巨大軸索の活動電位と、それに伴うカリウムイオンとナトリウムイオンのコンダクタンス変化を正確に再現することができた。膜電位の変化を感知するための機構として、細胞膜を横切って動く電荷”ゲーティングチャージ”の存在が予想された。 | ||
70年代に入り、イオン電流に先んじて流れるゲート電流が実際に記録された。80年代に入り、イオンチャネル分子が実際にクローニングされ、その後[[電位依存性カリウムチャネル]]が実際に四量体であることが明らかとなり、Hodgkin-Huxley方程式で記載されたカリウムイオン電流のモデルが、四量体構造に由来するものであることが明確に示された。また四番目の膜貫通セグメント(S4)には3アミノ酸おきに正電荷を持つアミノ酸（[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]または[[wikipedia:ja:リジン|リジン]]）が配置されていることがわかった。このS4セグメントこそが膜電位センサーであり、アルギニン(リジン)残基が電場内を動く際に生じるのがゲーティング電流であることが明らかになった。 | 70年代に入り、イオン電流に先んじて流れるゲート電流が実際に記録された。80年代に入り、イオンチャネル分子が実際にクローニングされ、その後[[電位依存性カリウムチャネル]]が実際に四量体であることが明らかとなり、Hodgkin-Huxley方程式で記載されたカリウムイオン電流のモデルが、四量体構造に由来するものであることが明確に示された。また四番目の膜貫通セグメント(S4)には3アミノ酸おきに正電荷を持つアミノ酸（[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]]または[[wikipedia:ja:リジン|リジン]]）が配置されていることがわかった。このS4セグメントこそが膜電位センサーであり、アルギニン(リジン)残基が電場内を動く際に生じるのがゲーティング電流であることが明らかになった。 | ||
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==リガンド依存性チャネルのゲート== | ==リガンド依存性チャネルのゲート== | ||
リガンド依存性チャネルには、5量体の[[ニコチン性アセチルコリン受容体]]などの[[Cys-loop受容体ファミリー]]、4量体の[[イオンチャネル型グルタミン酸受容体]]ファミリー、3量体の[[ATP(P2X)受容体]]ファミリーなどが存在する。細胞外領域にあるリガンド結合部位と、膜貫通領域のイオン透過路であるポアドメインを持つ。リガンドが受容体に結合すると、細胞外領域に構造変化が生じ、その変化がポアドメインに伝わって、ゲートが開閉すると考えられる。 | リガンド依存性チャネルには、5量体の[[ニコチン性アセチルコリン受容体]]などの[[Cys-loop受容体ファミリー]]、4量体の[[イオンチャネル型グルタミン酸受容体]]ファミリー、3量体の[[P2X受容体|ATP(P2X)受容体]]ファミリーなどが存在する。細胞外領域にあるリガンド結合部位と、膜貫通領域のイオン透過路であるポアドメインを持つ。リガンドが受容体に結合すると、細胞外領域に構造変化が生じ、その変化がポアドメインに伝わって、ゲートが開閉すると考えられる。 | ||
==関連項目== | ==関連項目== | ||
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