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英:potassium channel、英略語:K<sup>+</sup> channel | 英:potassium channel、英略語:K<sup>+</sup> channel | ||
カリウムチャネルは[[wikipedia:ja:カリウムイオン|カリウムイオン]]を選択的に透過させる[[イオンチャネル]]である。[[静止膜電位]]の形成や電気的な細胞応答、[[シナプス伝達]]やカリウム濃度の[[wikipedia:ja:恒常性|恒常性]]維持に関わっている。ほとんどのカリウムチャネルはαサブユニットが四量体を形成し、中央部分にカリウムを通す小孔(ポア)が開くようになっている。[[電気生理学]]的特性やαサブユニットの[[wikipedia:ja:膜貫通領域|膜貫通領域]]の構造の違いにより、六回膜貫通型の「[[電位依存性カリウムチャネル]]」と「[[カルシウム活性化カリウムチャネル]]」、二回膜貫通型の「[[内向き整流性カリウムチャネル]]」、四回膜貫通型の「[[Two-pore domainカリウムチャネル]]」に大別される。イオン透過経路を構成するαサブユニットと電流特性や膜発現量を制御するβサブユニットあわせると100種類以上の遺伝子群から構成されており、これら豊富なサブユニット分子種、αサブユニットのヘテロ四量体形成、さらにβサブユニットとの複合体形成がカリウムチャネルの多様性の実体的理由である。イオンチャネルの中で、電気生理学的な解析、生化学・構造生物学的な解析が最も行われているのがカリウムチャネルであり、イオンチャネルの分子機構に関する極めて重要な研究成果がカリウムチャネルを用いた研究から得られている。 | カリウムチャネルは[[wikipedia:ja:カリウムイオン|カリウムイオン]]を選択的に透過させる[[イオンチャネル]]である。[[静止膜電位]]の形成や電気的な細胞応答、[[シナプス伝達]]やカリウム濃度の[[wikipedia:ja:恒常性|恒常性]]維持に関わっている。ほとんどのカリウムチャネルはαサブユニットが四量体を形成し、中央部分にカリウムを通す小孔(ポア)が開くようになっている。[[電気生理学]]的特性やαサブユニットの[[wikipedia:ja:膜貫通領域|膜貫通領域]]の構造の違いにより、六回膜貫通型の「[[カリウムチャネル#電位依存性カリウムチャネル|電位依存性カリウムチャネル]]」と「[[カリウムチャネル#カルシウム活性化カリウムチャネル|カルシウム活性化カリウムチャネル]]」、二回膜貫通型の「[[カリウムチャネル#内向き整流性カリウムチャネル|内向き整流性カリウムチャネル]]」、四回膜貫通型の「[[カリウムチャネル#Two-pore domainカリウムチャネル|Two-pore domainカリウムチャネル]]」に大別される。イオン透過経路を構成するαサブユニットと電流特性や膜発現量を制御するβサブユニットあわせると100種類以上の遺伝子群から構成されており、これら豊富なサブユニット分子種、αサブユニットのヘテロ四量体形成、さらにβサブユニットとの複合体形成がカリウムチャネルの多様性の実体的理由である。イオンチャネルの中で、電気生理学的な解析、生化学・構造生物学的な解析が最も行われているのがカリウムチャネルであり、イオンチャネルの分子機構に関する極めて重要な研究成果がカリウムチャネルを用いた研究から得られている。 | ||
== カリウムチャネルの基本的分子機能と構造 == | == カリウムチャネルの基本的分子機能と構造 == | ||
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=== 内向き整流性カリウムチャネル === | === 内向き整流性カリウムチャネル === | ||
[[内向き整流性カリウム(Kir)チャネル]]は、遅延整流性カリウムチャネルの外向き[[wikipedia:ja:整流|整流]]性と明らかに異なる電位依存性を示し、カリウムの平衡電位E<sub>K</sub>よりも過分極した膜電位でコンダクタンスが増加し内向きカリウム電流を流すカリウムチャネルである(図4)<ref><pubmed>20086079</pubmed></ref>。遅延整流性カリウムチャネルの外向き整流特性はチャネルの電位依存的な活性化によるものだが、Kirチャネルの外向き整流特性は細胞内の[[wikipedia:ja:ポリアミン|ポリアミン]]や[[wikipedia:ja:マグネシウム|マグネシウム]]イオンによる外向き電流のブロックによっておこる。Kirチャネルファミリーのサブユニットの遺伝子がKir1-7サブファミリー、15種類ほど単離されている。Kirチャネルサブユニットによって内向き整流特性の強さは大きく異なる。整流性が強く古典的な内向き整流性カリウム電流を担う[[Kir2]]サブファミリーの他に、整流性が中程度、もしくは殆どなくカリウム輸送などに関わる[[Kir1]]、[[Kir4]]、[[Kir5]]、[[Kir7]]サブファミリー、細胞の[[wikipedia:ja:心臓|心臓]]の[[脳神経|迷走神経]]依存的な[[wikipedia:ja:徐脈|徐脈]]や抑制性の[[シナプス伝達]]などに関わる[[Gタンパク質制御K]](K<sub>G</sub>)チャネルの分子実体である[[Kir3]]サブファミリーや、[[wikipedia:ja:グルコース|グルコース]]依存的な[[wikipedia:ja:膵臓β細胞|膵臓β細胞]]からの[[wikipedia:ja:インスリン|インスリン]]分泌に関わる[[ | [[内向き整流性カリウム(Kir)チャネル]]は、遅延整流性カリウムチャネルの外向き[[wikipedia:ja:整流|整流]]性と明らかに異なる電位依存性を示し、カリウムの平衡電位E<sub>K</sub>よりも過分極した膜電位でコンダクタンスが増加し内向きカリウム電流を流すカリウムチャネルである(図4)<ref><pubmed>20086079</pubmed></ref>。遅延整流性カリウムチャネルの外向き整流特性はチャネルの電位依存的な活性化によるものだが、Kirチャネルの外向き整流特性は細胞内の[[wikipedia:ja:ポリアミン|ポリアミン]]や[[wikipedia:ja:マグネシウム|マグネシウム]]イオンによる外向き電流のブロックによっておこる。Kirチャネルファミリーのサブユニットの遺伝子がKir1-7サブファミリー、15種類ほど単離されている。Kirチャネルサブユニットによって内向き整流特性の強さは大きく異なる。整流性が強く古典的な内向き整流性カリウム電流を担う[[Kir2]]サブファミリーの他に、整流性が中程度、もしくは殆どなくカリウム輸送などに関わる[[Kir1]]、[[Kir4]]、[[Kir5]]、[[Kir7]]サブファミリー、細胞の[[wikipedia:ja:心臓|心臓]]の[[脳神経#第X脳神経|迷走神経]]依存的な[[wikipedia:ja:徐脈|徐脈]]や抑制性の[[シナプス伝達]]などに関わる[[Gタンパク質制御K]](K<sub>G</sub>)チャネルの分子実体である[[Kir3]]サブファミリーや、[[wikipedia:ja:グルコース|グルコース]]依存的な[[wikipedia:ja:膵臓β細胞|膵臓β細胞]]からの[[wikipedia:ja:インスリン|インスリン]]分泌に関わる[[ATP感受性カリウムチャネル]]([[K<sub>ATP</sub>]])のポア領域も[[Kir6]]サブファミリーのKirチャネルに属する。 | ||
Kirチャネルのサブユニットは二回膜貫通領域と一つのP領域を有し、Kvカリウムチャネルの電位センサードメイン(S1-S4)に相当する部位はもっていない。代わりにN末端、C末端で形成される大きな細胞内領域が特徴である。Kirチャネルサブユニットはホモあるいはヘテロテトラマーを形成し機能する。 | Kirチャネルのサブユニットは二回膜貫通領域と一つのP領域を有し、Kvカリウムチャネルの電位センサードメイン(S1-S4)に相当する部位はもっていない。代わりにN末端、C末端で形成される大きな細胞内領域が特徴である。Kirチャネルサブユニットはホモあるいはヘテロテトラマーを形成し機能する。 | ||
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[[wikipedia:ja:Gタンパク質活性化カリウム(GIRK)チャネル|Gタンパク質活性化カリウム(GIRK)チャネル]]は三量体Gタンパク質のGβγサブユニットとの結合によって活性化されるカリウムチャネルである。このチャネルは心臓の徐脈に関与するイオンチャネルとしてよく知られている。中枢神経系においては[[GABA<sub>B</sub>受容体]]などと機能的に共役し、抑制性シナプスにおいて観察される遅延性の抑制性シナプス後電流(slow inhibitory postsynaptic current, sIPSC)を担う。GIRKチャネルはKir3サブファミリーで構成されるKirチャネルであり、神経細胞においてはKir3.1とKir3.2とで構成されるGIRKチャネルが主要な構成要素であると考えられている。しかし生化学的にはKir3.3や心臓型のKir3.4サブユニットの発現も認められる。 | [[wikipedia:ja:Gタンパク質活性化カリウム(GIRK)チャネル|Gタンパク質活性化カリウム(GIRK)チャネル]]は三量体Gタンパク質のGβγサブユニットとの結合によって活性化されるカリウムチャネルである。このチャネルは心臓の徐脈に関与するイオンチャネルとしてよく知られている。中枢神経系においては[[GABA<sub>B</sub>受容体]]などと機能的に共役し、抑制性シナプスにおいて観察される遅延性の抑制性シナプス後電流(slow inhibitory postsynaptic current, sIPSC)を担う。GIRKチャネルはKir3サブファミリーで構成されるKirチャネルであり、神経細胞においてはKir3.1とKir3.2とで構成されるGIRKチャネルが主要な構成要素であると考えられている。しかし生化学的にはKir3.3や心臓型のKir3.4サブユニットの発現も認められる。 | ||
==== | ====ATP感受性カリウムチャネル==== | ||
[[wikipedia:ja:ATP感受性K|ATP感受性K]](K<sub>ATP</sub>)はチャネルのポアを形成するイオンチャネルもKirチャネルファミリーに属する(Kir6サブファミリー)。Kir6.2にATPが結合することでチャネルが閉口する。ABCタンパク質ファミリーに属し、[[wikipedia:ja:スルホニルウレア|スルホニルウレア]]剤の標的として知られる[[wikipedia:ja:スルホニルウレア受容体|スルホニルウレア受容体]](sulfonylurea receptor, SUR)はK<sub>ATP</sub>チャネルに必須のβサブユニットであり、Kir6とSURは4:4のヘテロオクタマーを形成し機能する。 | [[wikipedia:ja:ATP感受性K|ATP感受性K]](K<sub>ATP</sub>)はチャネルのポアを形成するイオンチャネルもKirチャネルファミリーに属する(Kir6サブファミリー)。Kir6.2にATPが結合することでチャネルが閉口する。ABCタンパク質ファミリーに属し、[[wikipedia:ja:スルホニルウレア|スルホニルウレア]]剤の標的として知られる[[wikipedia:ja:スルホニルウレア受容体|スルホニルウレア受容体]](sulfonylurea receptor, SUR)はK<sub>ATP</sub>チャネルに必須のβサブユニットであり、Kir6とSURは4:4のヘテロオクタマーを形成し機能する。 |