「イオンチャネル」の版間の差分

　1950年代に発表された[[wikipedia:Hodgkin|Hodgkin]]と[[wikipedia:Huxley|Huxley]]（1963年[[wikipedia:ja:ノーベル医学生理学賞|ノーベル医学生理学賞]]）による一連の[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]の[[巨大軸索]]を使った実験により、活動電位が起こる際に細胞膜のナトリウムイオン透過性が高まり、活動電位が静まる際にはカリウムイオン透過性が高まることが明らかにされた。これによりゲート、イオン選択性を有するイオンチャネルの存在が示唆された。1970年代になり、[[Neher]]と[[Sakmann]]（1991年ノーベル医学生理学賞）によって開発された[[パッチクランプ]]法により、単一イオンチャネルの電流が初めて計測され、ガラス電極内に単離できる実体としてのイオンチャネルの存在が証明された。

　1980年代に入り遺伝子クローニングの時代に入ると、沼、野田らによる[[ニコチン性アセチルコリン受容体]]や[[電位依存性ナトリウムチャネル]]の[[wikipedia:ja:cDNA|cDNA]]クローニング、Janらによる[[電位依存性カリウムチャネル]]のcDNAクローニングを皮切りにつぎつぎとイオンチャネルのcDNAがクローニングされていった。1988年、豊島とUnwinが[[wikipedia:ja:電子線結晶構造解析|電子線結晶構造解析]]で[[wikipedia:ja:シビレエイ|シビレエイ]]のニコチン性アセチルコリン受容体の構造を明らかにしたのが、イオンチャネルの立体構造研究のはしりである<ref><pubmed>2461515</pubmed></ref>。1998年には[[wikipedia:MacKinnon|MacKinnon]]（2003年[[wikipedia:ja:ノーベル化学賞|ノーベル化学賞]]）らにより、はじめてのイオンチャネルの[[wikipedia:ja:X線結晶構造解析|X線結晶構造解析]]として、[[wikipedia:ja:原核生物|原核生物]]由来のカリウムチャネルである[[KcsAチャネル]]の構造が明らかにされた<ref><pubmed>9525859</pubmed></ref>。現在までに明らかにされたイオンチャネルの結晶構造の多くは比較的分子量の小さいカリウムチャネルが中心であるが、ゲーティングやイオン透過機構など各種イオンチャネルに普遍的な機構が次々に明らかになりつつある。

　電位依存性ナトリウムチャネルは上述の電依存性カリウムチャネルと似た構造を持っているが、カリウムチャネルの3つのサブユニットが直列につながったような、24回膜貫通型のタンパク質である(図3)。それぞれドメインI～IVと呼ばれ、それぞれに膜電位センサードメインとポアドメインが含まれる。ヒトには&alpha;サブユニットとしてNaV1.1～1.9まで9種類の遺伝子が存在し、さらに修飾サブユニットとして&beta;サブユニットが存在する。活動電位を起こす機能が有名で、Hodgkin-Huxleyの時代からよく研究されているチャネルファミリーの一つである。膜電位が[[脱分極]]すると、電位依存性カリウムチャネルと同様にS4セグメントが細胞外側に動くと考えられる。続いてゲートが開いてナトリウムイオンを流入させ、細胞を脱分極させる。特徴的なのは、その後すぐに不活性化という状態に入ってしまい、その後一定時間活性化しなくなることである。この不活性化は活動電位を[[軸索]]に沿って一方向に進めるために重要な性質である。[[フグ毒]]として有名なテトロドトキシン(TTX)は電位依存性ナトリウムチャネルの阻害剤である。

====HCN & CNGチャネル====

　HCN(Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated)チャネルは、細胞膜が過分極することで開く非選択的陽イオンチャネルである。電位依存性カリウムチャネルと同様に6回膜貫通型の&alpha;サブユニットが4つ集まって一つのイオンチャネルを構成する。他の電位依存性チャネルと同様脱分極によってS4セグメントが細胞外に向けて動くが、ゲートとのカップリングが他の電位依存性チャネルとは逆になっており、過分極で電位センサーが下がった位置に来るとゲートが開く仕組みになっている<ref><pubmed>12397358</pubmed></ref>。同じファミリーに属するCNG(cyclic nucleotide-gated)チャネルは、S4セグメントを持つにも関わらず電位依存性をほとんど失っているが、細胞内の環状ヌクレオチド(cAMP、cGMP)で活性化される。同様にHCNチャネルも環状ヌクレオチドで活性化される。

　TRP(transient receptor potential)チャネルは6回膜貫通型の四量体チャネルである。ナトリウム、カリウム、カルシウムを透過する非選択的陽イオンチャネルである。膜電位センサー様の構造を持つが、膜電位感受性は弱いか、または失われている。28種類ものTRP遺伝子が存在し、それぞれ細胞内外の様々なシグナル、リガンドで活性化される。いくつかは強い温度感受性を有し、[[wikipedia:ja:トウガラシ|トウガラシ]]の成分カプサイシンでも活性化される高温感受性の[[TRPV1]]や、[[wikipedia:ja:メントール|メントール]]や低温で活性化される[[TRPM8]]が有名である。

===内向き整流性カリウムチャネル (2回膜貫通型)===

　内向き[[整流性]]カリウムチャネルは2回膜貫通型のポアドメインのみからなるイオンチャネルで、4つの&alpha;サブユニットで構成される四量体イオンチャネルである(図3)。イオンチャネルとして初めて構造が明らかになったKcsAチャネルも2回膜貫通型のカリウムチャネルである。ファミリーには古典的な内向き整流性チャネルであるKir1, 2, 4, 5, 7と、[[GTP結合蛋白]]で活性化されるGIRK (Kir3)、ATP感受性カリウムチャネルを構成するKir6に大別される。[[静止膜電位]]の維持など、神経細胞や心筋などで重要な役割を果たしている。Kir6は膵臓&beta;細胞で[[SUR]]と複合体を構成し、細胞内[[wikipedia:ja:ATP|ATP]]センサーとして[[wikipedia:ja:インシュリン|インシュリン]]の放出に重要である。Kir2をはじめとする内向き整流性カリウムチャネルは、膜電位センサーに相当するドメインを有していないが、細胞内の[[wikipedia:ja:Mg²⁺|Mg²⁺]]や[[wikipedia:ja:スペルミン|スペルミン]]などのポリアミンによって、細胞の内側から膜電位依存的にブロックされる。この機構により過分極時にはカリウムイオンを細胞外から細胞内に向けて流すが、脱分極時にはこれらのブロックにより細胞外へのカリウムイオンの流出を抑える。結果的に細胞の内側にカリウムイオンが流れやすい“内向き整流性”の性質を持つことになる。GIRK1(Kir3.1)とKir2.2の結晶構造がこれまでに明らかになっている<ref><pubmed>12507423</pubmed></ref><ref><pubmed>20019282</pubmed></ref><ref><pubmed>21874019</pubmed></ref>。

===Two poreチャネル(4回膜貫通型)===

　ClCチャネルはクロライドイオンを通すイオンチャネルで、二量体のイオンチャネルだが、それぞれのサブユニットにイオン透過路があるので、1つのイオンチャネルに2つのポアが存在することになる。[[CFTRチャネル]]は[[cAMP]]を[[wikipedia:ja:加水分解|加水分解]]することで作動する[[塩素チャネル]]で、[[wikipedia:ja:嚢胞性線維症|嚢胞性線維症]]の原因遺伝子として有名である。構造上は[[ABCトランスポーター]]に属する。

====IP3受容体====

　リアノジン受容体と同様小胞体上に発現するカルシウムイオン放出チャネルである。細胞内のシグナル伝達物質の一種である[[IP3]]によって活性化される。受精時のカルシウム動態をはじめ、生理・発生現象の様々な場面において重要な働きを担う。