pH感受性カリウムチャネル

pH感 受性カリウムチャネル
鈴木 誠
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pH感 受性K+チ ャネルは，本来腎臓におけるK+排 泄がpHに よって制御さ：
れることを
念頭にクローニングされたK+チ ャネル （RAOTK1）
である。生理的定期範囲内のpH
によって，活性が左右されるという意味では，ATP感
受1生K+チャネルもpH感 受1生
と
いえる。近年クローニングが進んでいるこれらのK+チ ャネルとRACTK1は
同じ2回膜
貫通型でもアミノ酸配列には相同性が低い。しかし重要な構造上のアミノ酸配列は似通っ
ている。
【腎尿細 管】 【2回膜 貫通 型】
は じめ に
pH感
受 性K+チ
ャ ネ ル と は， 本 来 は筆 者 ら
の造 語 で あ る 。 腎臓 に お け る，K+排
Words（p．2342）］の 中 心 的 な 部 位 は集 合 管 で あ り， 調 節
を受 け る分 子 がK+チ
細 胞 外 のpHが
た1）
。K+チ
ャ ネ ル の 性 質 を 特 徴 づ け る意 味 で 用 い
ャ ネ ル の 一 般 的 な 分 類 は生 理 学 的 に は大 き
く3つ の群 に な る。 第1の
群 は膜 電 位 依 存 型 で ， 構 造
的 に は6回 膜 貫 通 型 で あ る 。 第2群
は膜 電 位 と リガ ン
ドの 両 者 に 調 節 を 受 け る群 で あ る。 この群 の1つ は2回
膜 貫 通 型 でIRK1（inward
ROMK1（r?trenal Ⅰ
．pHを
感受 して活性 が変化するK+チ ャネル
ャネ ル で あ る こ と， この排 泄 に は
大 き く関 与 し て い る こ とか ら， ク ローニ
ン グ され たK+チ
群 に含 ま れ る こ と と考 え ら れ る。
泄 ［
→今 月 のKey
お よ そ す べ て の チ ャ ネ ル と は，pHに
影 響 を受 け るが ， このpHレ
生 理 的 なpHの
よ っ て何 らか の
ベ ル は非 生 理 的 範 囲 で あ り，
み を感 受 して 活 性 を変 えるK+チ
ャネ ル
に つ い て の 生 理 学 的 実 験 は きわ め て 少 な い といえ る。 し
か し，pHを
感 受 し て 興 奮 性 膜 にお い て は活 動 電 位 の発
生 に ， ま た 非 興 奮 性 膜 に お い て は膜 電 位 の維 持 や 電 解
rectifier K+channel）
と
質 の輸送 を変化 させ て い るチ ャネルが 存在 す る ことは
outer medullary K+channel）
が
生理 的 に は重要 な意味 が あ る。
最 初 に ク ロ ー ニ ン グ さ れ た。 これ らの 群 に は， 内 向 き
た とえ ば， 細 胞 内 外 のpHの
変 化 に よっ て血 管 の トー
整 流 性 が 含 まれ ， 近 年 研 究 が 盛 ん な分 野 で あ る2∼4）
。第
ヌ ス が 変 化 す る こ と は 古 くか ら知 られ て い る。 脳 循 環
3群 は膜 電 位 依 存 性 は な く リガ ン ドの み に よって 調 節 を
に お い て は，CO2を
受 け る 群 で あ る。ATP感
子 の ひ とつ と な っ て お り，pHの
(intermediate
conductance
（small conductance
受 性K+チ
Ca-activated
Ca-activated
者 らが ク ロ ー ニ ン グ し たpH感
ャ ネ ル ，IKCa
K),SKCa
K） な どが あ る 。 筆
受 性K+チ
Makoto
Suzuki，
Medical
School,Yakushiji,Minamikawachi,Tochigi329-04,Japan]
ApH-Sensitive
自 治 医 科 大 学 薬 理 学 教 室
ャ ネ ル は この
（〒329-04栃
介 す るpHの
変化 が主 要な調節 因
低 下 は血 管 の拡 張 を も
た ら し脳 へ の 血 流 量 の増 加 を も た らす 。 これ は，pHの
変 化 が直 接的 にチ ャ ネル に作用 して いる可能性 が考 え
られ て い る。 ま た ， 冠 動 脈 に お い て は， 虚 血 時 の 冠 動
木 県 河 内 郡 南 河 内 町 薬 師 寺3311-1）
［Department
of Pharmacology，Jichi
K+Channel
2307
Ⅱ
34
蛋 白質
核酸
脈 の 拡 張 にATP感
酵素
Vol.40
受 性K+チ
No.15（1995）
ャネ ル （KATP）が 関 与 し
て い る こ とが 近 年 ， 明 らか に な っ た 。KATPは
お り， 細 胞 内 のATPが
名 前の と
減 少 す る こ とに よっ て活 性 化 さ
阻 害 す る こ と （KATPで は共 通 して 活 性 化 され る）， 細 胞
内Ca2+に
よ って 活 性 化 され る こ とか ら， 現 在 で は上 記
の 第3群
に含 ま れ る 別 の チ ャ ネ ル と考 え て い る。 こ の
れ る機 能 を もつ が ， さ ら に代 謝 性 ア シ ドー シ ス ， 軽 度
うち ，IKCaは
のpH低
∼80pSで
下 あ る い は解 糖 系 の 抑 制 に よ って もチ ャネル が
シ ン グ ル チ ャネ ル の コ ンダ ク タ ンス は20
， 内 向 き整 流 型 を示 す 。 膜 電 位 には依 存 性 が
活 性 化 す る と い わ れ て い る。 そ して 腎 臓 に お け るK+の
な く細 胞 内Ca2+に
排 泄 機 構 を 考 え て み る と， 逆 に ア ル カ ロ ー シ ス と な る
がCa2+感
と活 性 化 しK+の
か も し れ な い 。RACTK1が
排 泄 を促 すK+チ
ャネル が存 在 し低K+
よ っ て活 性 化 され る。 細 胞 内ATP
受 性 を 修 飾 す る とい う報 告 が あ り， 合 致 す る
ク ロー ニ ング され た ウサ ギ
血 症 に， ア シ ドー シ ス の と きに活 性 化 が低 下 し高K+血
集 合 管 に も同 様 の チ ャネ ル が あ る こ と もIKCaで
症 に な るの に 合 致 す る チ ャ ネル が 存 在 す る はず で あ る。
と と合 致 す る。
この よ うに 生 体 内 に お い てpHを
あるこ
感 受 して働 くチ ャネ ル
は 限 ら れ た 特 殊 な 範 囲 で は 重 要 な 役 割 を して い る も の
Ⅲ
．RACTK1の
分布
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と思 わ れ る。
RACTK1は
ウサ ギ腎 集 合 管 の 管 腔 側 に存 在 し， この
部 位 がK+排
泄 の 調 節 に重 要 で あ る こ と はよ く知 られ て
い る。 さ ら に 抗 体 を 用 い て 調 べ た と こ ろ， 脳 動 脈 ， 脈
絡 層， 上衣 細 胞 ，膵 管， 冠動 脈， 腎細 動脈，輸 入細 動
KATPは 狭 義 に は細 胞 内 のATPが
上 昇 す る ことに よ っ
脈 に も存 在 が 明 らか と な っ た 。 しか し， マ ウ ス で は 同
ャ ネ ル の こ とで あ る。 最 初 は 心
じ分 布 を示 す が ， ラ ッ トで は ， や や 異 な る こ と な ど種
筋 細 胞 に存 在 す る こ とが 確 認 され ， その後 ， 骨 格 筋 ， 膵
差 が あ るか もしれ ない。 各分布 領域 で の このチ ャネル
臓B細
胞 ， 神 経 細 胞 そ し て 平 滑 筋 に あ る こ とが 次 々 に
の生 理 的 意 義 に つ い て は 現 在 検 討 中 で あ る が ， と くに
確 認 さ れ た。 こ れ ら は そ の 詳 細 な 生 理 学 的検 討 か ら必
血 管 で は拡 張 に 重 要 な 役 割 を果 た して い る可 能 性 が あ
ず し も同 一 の も の で は な い と思 わ れ る。 そ の 生 理 的 機
る。
て ， 不 活 化 され るK+チ
能 は ま だ 明 らか で な い 部 分 も多 い が ， 大 ま か に生 理 学
的 に は3種 類 に分 類 さ れ る。 膵 臓B細
mMオ
ー ダ ー のATPお
害 されcromakalinに
るmMオ
胞 や 心 臓 にあ る，
よ っ て 活 性 化 され る もの ， 脳 に あ
ー ダ ー のATPお
よび ス ル ポ ニ ル 尿 素 に よ っ
て 阻 害 さ れ る もの ， そ し て 上 皮 細 胞 に あ る，mMオ
ダ ー のATPお
Ⅳ. RACTK1の
構造と機能
よ び ス ル ポ ニ ル 尿 素 に よ って 阻
ー
よ び キ ニ ジ ン に よ っ て阻 害 され る もの の
RACTK1の
構 造 を 図1に 示 す 。RACTK1は
酸 配 列 上 ， ほ か のK+チ
ア ミノ
ャネ ル と は相 同 性 が 少 な い が ，
2回 膜 貫 通 型 で あ りK+選
択 性 と考 え られ る ボ ア と口 を
もっ て い る 。 最 も特 徴 的 な こ とは，IRK1，ROMK1な
3つ で あ る。 カエ ル の 骨 格 筋 にお い て は， 細 胞 内pH低
ど と異 な り， 膜 貫 通 か らみ て，RACTK1で
下 に よ っ て活 性 化 さ れ る こ とが 報 告 さ れ て お り， ま た
長 く， し か も こ のN末
ネ コ ま た は ウ サ ギ の 心 筋 細 胞 に お い て も同 様 の 報 告 が
ン酸 化 部 位 が あ る こ とで あ る。IRK1，ROMK1な
さ れ て い る。 逆 に ラ ッ トの 膵 臓B細
胞 に お い て は， 細
C末 端 側 に 同 様 の 配 列 が 認 め られ か っ長 く， ち ょ う ど
胞 内pHが
活 性 化 され る と報
鏡 像 対 象 に な る。N末
ア ル カ リに傾 く とKATPが
告 され てい る。
細 胞 内pHが
れ ， か つATPに
ア ル カ リに傾 くと活 性 化 さ
よ っ て 不 活 化 され るが ， ア ミノ酸 配 列
上 は 異 な る フ ァ ミ リ ー で あ る 。 し た が っ て 当 初 は，
RACTK1はKATPの1つ
疎 通 性 が80pSとKATPの2倍
2308
どは
端 の 最 端 に は陰 電 荷 の ア ミノ酸
が 多 く認 め ら れ て お り， この 部 分 も調 節 に関 与 して い
筆 者 らが ウ サ ギ 集 合 管 の細 胞 系 か ら ク ロ ー ニ ン グ し
たRACTK1も
はN末 端 が
端 の ほ う に セ リ ン／ス レオ ニ ン リ
と考 え て い た が ， チ ャネ ル の
あ る こ と，Aキ
ナーゼが
る と考 え られ る。 陰 電 荷 の ア ミ ノ酸 が 多 く認 め ら れ る
構 造 は，Ca2+結
合 モ チ ー フで 知 られ るEFhandの
よう
に陽 イ オ ン に よ っ て 影 響 を 受 け う る部 位 で あ る か らで
あ る。
一方
， 穴 は膜 貫 通 部 に挾 まれ た や や 疎 水 性 の 高 い 部
分 の ア ミ ノ酸 配 列 で ，RACTK1も
含 め て す べ て のK+
35
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pH感 受性力 リウムチャネル
図1
2回 膜 貫 通 型K+チ
ャ ネ ル サ ブ ユ ニ ッ トの 構 造
RACTK1とROMK1は
リン酸 化 さ れ る 調 節部 位 やC，N末 端 の 長 さ をみ る と鏡 像 対 象 に なる 。 塩 基 ア ミノ酸 の 豊 富 な部 位 がN末
調 節 に 関 与 して い る 。 糖 鎖 は 細 胞 外 に2カ 所 つ き うる が，30の
端 に あ り，
同 一 の ア ミノ 酸 配 列 が く り返 され て お り， これ を1つ 欠 く形 もあ る 。K+
を通 す穴 部 と，2回 膜 目 の貫 通 部 位 に は共 通 す るア ミノ酸 配 列 が あ る。ROMK1に
は リン酸 化 部 位 にあ た る部 分 にWalkerAと
よ ばれ るATP
結 合 蛋 白 質 に共 通 の 配 列 が あ る 。
図2
K+チ
Shakerは6回
ャネ ル穴 部 の 塩 基 配 列
膜 貫 通 型 のK+チ
ャ ネ ル で5回
目 と6回
目の膜 貫 通
部 位 の間 が穴 部 にな る。 以 下 は文 献 参 照 。○ がT-X-X-Tと
る共 通 配 列 に なる 。（?はG-X-Gの
いれ わ
配 列 で ，Kを 通 す穴 と考 え ら
図3
G-X-G配
列 がK+を
通 し う る と 考 え る 模 式 図 （仮 説 ）
芳 香 族 ア ミノ酸 が い くつ か 集 まる とK+を
れる。
通 す 穴 を構 成 し うる。 グ
ラ ミジ ン ， ナ イ ス タ チ ン， ア ン ホ テ リ シ ン な ど は膜 を貫 通 すべ き
疎 水 性 の 構 造 と芳 香 族 を も っ て い る と い う点 か ら類 推 す る と，K+
と の 結 合 は ， 芳 香 族 ア ミ ノ酸 に よ っ て 構 成 さ れ る の で はな い か と
チ ャ ネ ル に 共 通 性 が あ る。 図2に
X-X-Tと
臓B細
この 配 列 を 示 す 。T一
い う仮 説 が 成 り立 っ。
い う配 列 が 共 通 に 認 め られ る が，uKATP（ 膵
胞 のKATP）
か ら2∼3ア
と い う例 外 もあ る5）
。 この共通配 列
ミノ酸 下 流 に ，GYGの
ネ ル に 共 通 と な る 。RACTK1とuKATP（
配 列 が またK+チ
ャ
以 外 に もあ る
とい わ れ て い る が ）は ，Y（ ト リプ トフ ァ ン）の代 わ り
にF（ フ ェ ニ ル ア ラニ ン ）と な っ て い る。 この 部 分 がK+
2309
Ⅴ
蛋白質 核酸 酵素
36
Vol.40No.15(1995)
もpHに
依 存 して い る 。mRNAはpHが
アル カ リに傾
く と上 昇 す る。 培 養 細 胞 を用 い た実 験 で は， わ ず か30
分 で有為 な シグナル の上 昇が 認 め られた。 さらに興 味
の あ る こ とに ，mRNAを
で もpHを
注 入 し たXenopus卯
母 細胞
変 え て イ ン キ ュベ ー シ ョン す る こ とで ， 膜 へ
の 発 現 が 左 右 さ れ て い る。 こ の よ う な現 象 は， 今 ま で
に は報 告 が な か っ た こ と で ， 現 在 十 分 な 検 討 を加 え る
図4K+チ
＊がCOOHま
ャ ネ ル2回
目貫 通 部 の ア ミ ノ酸 配 列
た はCONH2を側
鎖 に もっ ア ミ ノ酸 で,＊
＊が 内 向
で
ホモ ロジー クロー ニ ングの プ ロセス で，細胞 外 に存
の影 響
在 す る と考 え られ る糖 鎖 を受 け る く り返 し部 分 が 欠 け
き整 流 性 と重 要 な 関 係 が あ る と され た部 分 。ROMK1-RACTK1ま
はCOONH2でIRKはCOOHで
あ り,後
者 の ほ う が,こ
（Mg2＋,ス ペ ル ミン ブ ロ ック な ど）を 受 け や すい と され て い る。 実
際,こ
べ く実 験 を 進 め て い る 。
れ らが 発 現 した 細 胞 で の電 流 一電 圧 曲線 を 見 る と,IRK1で
る ク ロ ー ンが 認 め られ た 。 す な わ ち ，RACTK1は2っ
の ア ミノ 酸 配 列 （
糖 鎖 を 受 け るAIS）
は 十側 に ほ と ん ど電 流 は 流 れ な い。
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前 後 を含 め て ，20の
を もっ の に 対 し，
ア ミ ノ酸 を欠 い た 同 一 の ク ロ ー ン
が 認 め れ て い る 。 この ク ロー ン も同 じよ うに 発 現 す る。
を通 す 穴 で あ る こ と は ， 突 然 変 異 の 実 験 か ら明 らか で
こ の 欠 陥 は ス プ ラ イ シ ン グ に よ る も の で は な く， ま た
あ る。 これ は， 筆 者 の 想 像 で あ る が ， この 部 分 は， ベ
臓 器 特 異 的 に 分 布 して い る も ので も な い よ うで 検 討 中
ンゼ ン環 を も つ ア ミ ノ 酸 で あ る こ とが 重 要 と考 え られ
であ る。
る 。 な ぜ な ら， 人 工 膜 上 で イ オ ン チ ャ ネ ル と な り う る
生 理 的 な 意 義 につ い て は， 腎 尿 細 管 に お いて ，pHと
よ うな 物 質 に も芳 香 族 が 含 まれ て お り，K＋ との 結 合 に
の か か わ り そ の 意 義 はあ る程 度 推 察 で き た。 さ ら に病
必 要 と考 え られ る （図3）6・
η。
気 へ の 応 用 に つ い て も検 討 して い る。 また ，RACTK1
リン酸 化 部 位 以 外 で 重 要 な 調 節 部 位 は，2回 目 の膜 貫
通 部 位 に あ るCOOHま
た はCONH2を
配 列 で あ る8）
。 この 部 分 を 図4に
もつ ア ミノ酸 の
関 与 し て い る と考 え られ る。 調 節 の シ グ ナ ル トラ ン ス
示 した。 図 中 ， ＊の部
ダ ク シ ョ ン を 明 ら か に し， 血 管 緊 張 の 調 節 に つ い て も
位 が 相 当 す る が ， ＊ ＊ に 関 す る重 要 な知 見 が 得 られ て
い る。2回 膜 貫 通 型K+チ
は血 管 平 滑 筋 に 発 現 して い る こ と か ら， 血 管 の 緊 張 に
明 らか に した い 。
ャ ネ ル に は内 向 き整 流 性 とい
う共 通 した 特 徴 が あ る 。 これ は， 細 胞 内 か らMg2+や
ス
ペ ル ミ ンの よ うな 陽 イオ ン小 分 子 が 外 向 きに流 れ るK+
文
を阻 害 す る こ とに よ る 。 この 機 序 に関 与 す る部 位 が ＊ ＊
1)Suzuki,M.etal.:Nature,367,642-645(1994)
の ア ミ ノ 酸 で あ る。COOHで
あ るIRKは
内 向 き整 流
献
2)Ho,K.et
al.:Nature,362,31-38(1993)
3)Kubo,Y．et a1.：Nature，362，127-133（1993）
性 が 強 く過 分 極 側 で は ま っ た く と い っ て い い ほ ど電 流
は 流 れ な いが ，CONH2で
あ るROMK1は
それ ほ ど強
い整 流 性 を認 め ない 。RACTK1もCONH2の
ア ミノ 酸
で あ り， 内 向 き整 流 性 は それ ほ ど強 くはない。RACTK1
4)Kubo,Y.et
al.:Nature,364,802-806(1993)
5)Inagaki,N.et
5694(1995)
al.:J.Biol.Chem.,270,5691-
6）McCormack，K．et
al． ：Proc.Natl.Acad．Sci.
SA,88,2931-2935(1991)
の 特 徴 は， この 周 辺 に さ ら にCOOHま
た はCONH2を
も つ ア ミノ 酸 が 多 く散 在 す る こ とで あ る。 こ の部 位 の
突 然 変 異 に つ い て は現 在 検 討 中 で あ る 。
RACTK1は
2310
そ の機 能 自体pHに
左 右 され るが ， 発 現
7)Tempel,B.L.et
8)Ficker,E.et
U
al.:Science,237,770-775(1987)
al.:Science,266,1068-1071(1994)