ナノ生体構造内でのイオンチャネル活動とCa2+応答の同時記録に成功！

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2023-03-03

life_sciences_medicine

{'items': [{'description': {'blocks': [{'key': '3q42s', 'text': '嗅細胞で匂いを感じる部分。体外環境である粘液層に伸びているので、外界からの匂い分子をキャッチできる。直径100-200 nm、長さ10 µm、１細胞あたり10 本程度存在している。同様の構造を持つ微細な細胞小器官を繊毛と表記することもあるが、ヒトやそれに準ずる組織の場合には線毛と表記するのが慣習である。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': '9nhnv', 'term': '嗅線毛 （きゅうせんもう）'}, {'key': '5if3u', 'term': '信号増幅 ', 'description': {'blocks': [{'key': '1re79', 'text': '匂いの信号増幅。空気中を漂う匂い分子は非常に微弱な信号しか持たないので、嗅線毛内でいくつかの信号増幅機構が存在する。生体信号を発生するためのイオンチャネルが開口するステップでは、CNGチャネル開口で生じた第一の電流が、そこを通って流入したCa2+で活性化されるCl-チャネル電流によって非線形に（通常は濃度が2倍になると応答も２倍であるが、注視すべき濃度範囲では、濃度が2倍になると応答が10倍にも）増幅されるのが特徴。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [{'offset': 121, 'length': 2, 'style': 'SUPERSCRIPT'}], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'dl09c', 'term': '慣れ（嗅覚順応） ', 'description': {'blocks': [{'key': '3854g', 'text': '匂いへの慣れ・順応。応答の濃度範囲（ダイナミックレンジ）を広くする機能を指す。つまり、この機構によって嗅細胞は薄い匂いから非常に濃い濃度まで受容して濃度の違いを脳へ知らせることができる。現象としては、同じ匂いをずっと嗅ぎ続けると、匂いを感じなくなったり、1度匂いを嗅いだ直後（数秒）に同じ匂いを嗅ぐと弱まって感じたりすることとして現れる。これは匂いを感じなくなったのではなく、次に来るであろう強い匂いを感じるために匂いの環境に慣れているのである。嗅線毛では順応からの回復までに10秒程度かかる。この現象もCNGチャネルを通って線毛内に流入したCa2+が制御している。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [{'offset': 273, 'length': 2, 'style': 'SUPERSCRIPT'}], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'b6okm', 'term': 'サイクリックAMP（ｃAMP、環状AMP） ', 'description': {'blocks': [{'key': 'b5ps9', 'text': '生体エネルギーの通貨とも呼ばれるアデノシン三リン酸（ATP）から誘導される重要な分子。アデノシンのリボースの３位、５位とリン酸が環状になった構造をとる環状ヌクレオチドの一種で、細胞外リガンドに応じた細胞の多種多様な生理的応答を媒介する代表的な細胞内情報伝達物質（セカンドメッセンジャー）の一つである。嗅細胞線毛の匂い情報変換機構でもセカンドメッセンジャーとして働く。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'ekucg', 'term': 'サイクリックヌクレオチド感受性（CNG）チャネル ', 'description': {'blocks': [{'key': 'e7ske', 'text': 'サイクリックヌクレオチドの結合に応答して機能するイオンチャネル。CNGチャネルは、様々な組織や細胞型の膜に見られる非選択的な陽イオンチャネルであり、視覚や嗅覚などの感覚受容や細胞の発達に重要。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '4vhg2', 'term': 'Ca2+活性化Cl-チャネル ', 'description': {'blocks': [{'key': 'bs7nu', 'text': '細胞内のカルシウムイオンにより開口するCl-チャネル。通常、神経細胞などに発現しているCl-チャネルは抑制性に働くことが多いが、嗅線毛の場合、線毛内のCl-濃度が高く、Cl-が細胞外に流出することから、内向き電流が増幅されることと同じ意味を持つため、信号増幅に貢献する。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [{'offset': 21, 'length': 1, 'style': 'SUPERSCRIPT'}, {'offset': 45, 'length': 1, 'style': 'SUPERSCRIPT'}, {'offset': 77, 'length': 1, 'style': 'SUPERSCRIPT'}, {'offset': 86, 'length': 1, 'style': 'SUPERSCRIPT'}], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '50us1', 'term': 'カルモジュリン（CAM） ', 'description': {'blocks': [{'key': '67km0', 'text': 'カルシウム結合タンパク質の1つ。多くの細胞に存在し、カルシウムバッファーとして機能する。嗅細胞においては、CNGチャネル付近に存在しており、CNG-CAMを形成している。流入したCa2+イオンと結合し、細胞の内側からCNGチャネルのｃAMPアフィニティーを変化させることで、嗅覚順応を引き起こす。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [{'offset': 91, 'length': 2, 'style': 'SUPERSCRIPT'}], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '5uptu', 'term': 'ケージドｃAMP ', 'description': {'blocks': [{'key': 'dtjgl', 'text': '生理活性を持つcAMPに光分解する特定の側鎖（ケージング基）を付加することで、一時的に生理活性をなくした物質。光照射により、ケージング基が外れ、元の生理活性分子として機能する。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}]}

['fbs']

['竹内裕子']

この研究は、これまで見ることができなかったものが見え、測ることができなかったものが測れたことで、ようやく私達が日常的に感じている嗅覚のしくみの謎の1つが解き明かされたものです。非常に小さな場所からの微弱な信号ですから、検出するためには数多くの工夫が必要でした。市販品の実験機器では対応できない部分は自作の機械を作って実験セットに組み込むというちょっとした技術も盛り込んでいます。実験操作自体も容易ではなく、記録を行う細胞が正常でいられる10分程度の間に、微小な光を捉えるためにレーザーの走査速度や回数・範囲・光強度を細かく設定しながら、いくつかのテクニックも同時進行するため、多くの制御装置を手際よく操作する必要があります。また、光感受性物質を利用しますので、暗い部屋ですべての操作を行わなければなりません。そのため、細胞の状態変化は音に変換して音として細胞の生死をモニタしながら記録を取ることも必須でした。最初のテストデータの記録から、システムに改良を加えたり、何度も実験を繰り返したりと、論文になって世にでるまで14年の歳月を要しました。1つのことをじっくりと間違いのないように何度も注意深く確認しながら、粘り強く諦めないで研究をする姿勢も大切だということを痛感いたしました。

竹内裕子

准教授

生命機能研究科

https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/c7e293f0e80a997a.html?k=%E7%AB%B9%E5%86%85%E8%A3%95%E5%AD%90