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| 真核生物のカリウムチャネル | |||||||||
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 カリウムチャネル、膜のような環境の構造。脂質二重層の計算された炭化水素境界は、赤と青の点で示されています。 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | イオントランス | ||||||||
| パム | PF00520 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1bl8 / スコープ / SUPFAM | ||||||||
| TCDB | 1.A.1 | ||||||||
| OPMスーパーファミリー | 8 | ||||||||
| OPMタンパク質 | 2a79 | ||||||||
| メンブラノーム | 217 | ||||||||
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| イオンチャネル（細菌） | |||||||||
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 カリウムチャネル KcsA。脂質二重層の計算された炭化水素境界は、赤と青の点で示されています。 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | イオントランス2 | ||||||||
| パム | PF07885 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1bl8 / スコープ / SUPFAM | ||||||||
| OPMタンパク質 | 1r3j | ||||||||
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| 低速電位依存性カリウムチャネル（カリウムチャネル、電位依存性、βサブユニット、KCNE） | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | ISK_チャンネル | ||||||||
| パム | PF02060 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| TCDB | 8.A.10 | ||||||||
| メンブラノーム | 218 | ||||||||
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| KCNQ 電位依存性カリウムチャネル | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | KCNQチャンネル | ||||||||
| パム | PF03520 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
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| Kv2 電位依存性 K+ チャネル | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | Kv2チャンネル | ||||||||
| パム | PF03521 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
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電位依存性カリウムチャネル（VGKC）は、カリウムに特異的な膜貫通チャネルであり、細胞の膜電位の電圧変化に敏感です。活動電位の間、VGKCは脱分極した細胞を休止状態に戻す上で重要な役割を果たします。
分類
アルファサブユニット
アルファサブユニットは実際の伝導孔を形成します。疎水性膜貫通コアの配列相同性に基づいて、電位依存性カリウムチャネルのアルファサブユニットは 12 のクラスに分類されます。これらは K v α1-12 とラベル付けされています。[1]以下は、機能別にグループ化され、次に K v配列相同性分類スキームに従ってサブグループ分けされた、既知の 40 個のヒト電位依存性カリウムチャネルアルファサブユニットのリストです。
遅延整流器
ゆっくり不活性化するか、不活性化しないか
- K v α1.x -シェーカー関連: K v 1.1 ( KCNA1 )、K v 1.2 ( KCNA2 )、K v 1.3 ( KCNA3 )、K v 1.5 ( KCNA5 )、K v 1.6 ( KCNA6 )、K v 1.7 ( KCNA7 )、K v 1.8 ( KCNA10 )
- K v α2.x - Shab 関連: K v 2.1 ( KCNB1 )、K v 2.2 ( KCNB2 )
- K v α3.x - Shaw関連: K v 3.1 ( KCNC1 )、K v 3.2 ( KCNC2 )
- K v α7.x: K v 7.1 ( KCNQ1 ) - KvLQT1、 K v 7.2 ( KCNQ2 )、 K v 7.3 ( KCNQ3 )、 K v 7.4 ( KCNQ4 )、 K v 7.5 ( KCNQ5 )
- K v α10.x: K v 10.1 ( KCNH1 )
A型カリウムチャネル
急速に不活性化する
- K v α1.x - シェーカー関連: K v 1.4 ( KCNA4 )
- K v α4.x - シャル関連: K v 4.1 ( KCND1 )、K v 4.2 ( KCND2 )、K v 4.3 ( KCND3 )
外向きの矯正
- K v α10.x: K v 10.2 ( KCNH5 )
内なる矯正
電流は内側方向（外側からセル内）に流れやすくなります。
- K v α11.x - ether-a-go-go カリウムチャネル: K v 11.1 ( KCNH2 ) - hERG、K v 11.2 ( KCNH6 )、K v 11.3 ( KCNH7 )
ゆっくりと活性化
修飾子/サイレンサー
ホモテトラマーとして機能チャネルを形成することはできませんが、代わりに K v α2 ファミリーのメンバーとヘテロテトラマー化して伝導チャネルを形成します。
- K v α5.x: K v 5.1 ( KCNF1 )
- K v α6.x: K v 6.1 ( KCNG1 )、K v 6.2 ( KCNG2 )、K v 6.3 ( KCNG3 )、K v 6.4 ( KCNG4 )
- K v α8.x: K v 8.1 ( KCNV1 )、K v 8.2 ( KCNV2 )
- K v α9.x: K v 9.1 ( KCNS1 )、K v 9.2 ( KCNS2 )、K v 9.3 ( KCNS3 )
ベータサブユニット
ベータサブユニットは、アルファサブユニットと結合する補助タンパク質であり、α4β4の化学量論で結合することもある。[ 2 ]これらのサブユニットは単独では電流を伝導せず、Kvチャネルの活性を調節する。[ 3 ]
- Kvβ1 （KCNAB1）
- Kvβ2 （KCNAB2）
- Kvβ3 （KCNAB3）
- minK [4] ( KCNE1 )
- MiRP1 [5] ( KCNE2 )
- MiRP2 ( KCNE3 )
- MiRP3 ( KCNE4 )
- KCNE1 様 ( KCNE1L )
- KCNIP1 ( KCNIP1 )
- KCNIP2 ( KCNIP2 )
- KCNIP3 ( KCNIP3 )
- KCNIP4 ( KCNIP4 )
タンパク質minKとMiRP1はhERGベータサブユニットと推定される。[6]
動物実験
活動電位の外向き電流を供給する電位依存性 K +チャネルは、細菌の K +チャネルと類似しています。
これらのチャネルはX線回折によって研究されており、原子分解能で構造的特徴を決定することができます。
これらのチャネルの機能は電気生理学的研究によって研究されています。
遺伝学的アプローチには、K +チャネル遺伝子の変異を持つ動物の行動変化のスクリーニングが含まれます。このような遺伝学的方法により、イオンチャネル遺伝子配列が十分に知られるようになる前に、ショウジョウバエの「Shaker」K +チャネル遺伝子の遺伝的同定が可能になりました。
変異遺伝子によって生成される電位依存性 K +チャネルタンパク質の変化した特性の研究は、K +チャネルタンパク質ドメインの機能的役割、さらにはその構造内の個々のアミノ酸の解明に役立っています。
構造
典型的には、脊椎動物の電位依存性K +チャネルは、リング状に配置された4つの同一のサブユニットのテトラマーであり、それぞれが膜貫通K +ポアの壁に貢献しています。各サブユニットは、6つの膜貫通疎水性 αヘリックス配列と、S4の電位センサーで構成されています。膜の細胞内側には、アミノ末端とカルボキシ末端の両方が含まれています。[7]ラットK v α1.2/β2チャネルの高解像度結晶構造が最近解明され（タンパク質データバンクアクセッション番号2A79 ）、[8]その後、脂質膜のような環境で精製されました（PDB：2r9r ）。
選択性
電位依存性 K +チャネルは、 Na +などの他の陽イオンよりも K +に対して選択的です。膜貫通孔の最も狭い部分に選択性フィルターがあります。
チャネル変異研究により、イオン選択性に必須のサブユニットの部分が明らかになりました。これには、電位依存性K +チャネルの選択性フィルターに典型的なアミノ酸配列（Thr-Val-Gly-Tyr-Gly）または（Thr-Val-Gly-Phe-Gly）が含まれます。K + が細孔を通過すると、カリウムイオンと水分子の相互作用が妨げられ、K + は4つのチャネルサブユニットのThr-Val-Gly-[YF]-Gly配列の特定の原子成分と相互作用します[1]。
チャネルがカリウムイオンを通過させて、より小さなナトリウムイオンを通過させないというのは、直感に反するように思えるかもしれません。しかし、水性環境では、カリウムとナトリウムの陽イオンは水分子によって溶媒和されます。カリウムチャネルの選択性フィルターを通過する際、水と K + の相互作用は、K +とチャネルタンパク質のカルボニル基との相互作用に置き換えられます。選択性フィルターの直径はカリウム陽イオンには理想的ですが、より小さなナトリウム陽イオンには大きすぎます。したがって、カリウム陽イオンはタンパク質のカルボニル基によって十分に「溶媒和」されますが、これらの同じカルボニル基は離れすぎていて、ナトリウム陽イオンを適切に溶媒和できません。したがって、この選択性フィルターを通過するカリウム陽イオンは、ナトリウム陽イオンよりも大幅に有利です。
オープンコンフォメーションとクローズドコンフォメーション
哺乳類の電位依存性 K +チャネルの構造は、膜を横切る電圧に応答する能力を説明するために使用されています。チャネルが開くと、電位センサードメイン (VSD) の構造変化により、膜電界を横切る 12～13 個の基本電荷が移動します。この電荷移動は、チャネルが開く前に発生する一時的な容量電流として測定されます。VSD のいくつかの荷電残基、特に S4 セグメントの 3 つおきの位置に規則的に位置する 4 つのアルギニン残基は、膜貫通フィールドを横切って移動し、ゲーティング電荷に寄与することが知られています。ゲーティングアルギニンとして知られるこれらのアルギニンの位置は、すべての電位依存性カリウム、ナトリウム、またはカルシウムチャネルで高度に保存されています。ただし、膜貫通電位を横切るそれらの移動の程度と変位は、広範囲にわたる議論の対象となっています。[9]チャネルサブユニットの特定のドメインが特定されており、これらは電圧感知とチャネルの開構造と閉構造の変換を担っている。少なくとも 2 つの閉構造がある。最初のものでは、膜電位がより正になるとチャネルが開く。このタイプのゲーティングは、6～7 個の正電荷を含む S4 アルファヘリックスからなる電圧感知ドメインによって媒介される。膜電位の変化により、このアルファヘリックスは脂質二重層内を移動する。この動きは、チャネル孔を形成する隣接する S5～S6 ヘリックスの構造変化をもたらし、この孔を開閉させる。2 番目の「N 型」不活性化では、電圧依存性 K +チャネルは開いた後に不活性化し、独特の閉構造になる。この不活性化構造では、膜貫通電圧が良好であってもチャネルは開くことができない。K +チャネルのアミノ末端ドメインまたは補助タンパク質は、「N 型」不活性化を媒介することができる。このタイプの不活性化のメカニズムは「ボールとチェーン」モデルとして説明されており、タンパク質のN末端がボールを形成し、ループ（チェーン）を介してタンパク質の残りの部分につながれている。 [10]繋がれたボールは内部の孔を塞ぎ、チャネルを通るイオンの移動を妨げます。[11] [12]
薬理学
電位依存性カリウムチャネルの遮断薬と活性化薬については、カリウムチャネル遮断薬とカリウムチャネル開口薬を参照してください。
参照
参考文献
- ^ Gutman GA、Chandy KG、Grissmer S、Lazdunski M、McKinnon D、Pardo LA、Robertson GA、Rudy B、Sanguinetti MC、Stühmer W、Wang X (2005 年 12 月)。「国際薬理学連合。LIII. 電位依存性カリウムチャネルの命名法と分子的関係」。薬理学レビュー 。57 ( 4 ): 473–508。doi :10.1124/pr.57.4.10。PMID 16382104。S2CID 219195192。
- ^ Pongs O、Leicher T、Berger M、Roeper J、Bähring R、Wray D、Giese KP、Silva AJ、Storm JF (1999 年 4 月)。「電位依存性 K+ チャネル β サブユニットの機能的および分子的側面」。Annals of the New York Academy of Sciences。868 ( 4 月 30 日): 344–55。Bibcode :1999NYASA.868..344P。doi : 10.1111 / j.1749-6632.1999.tb11296.x。PMID 10414304。S2CID 21621084 。
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外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学主題標目(MeSH)における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」。受容体およびイオンチャネルの IUPHAR データベース。国際基礎・臨床薬理学連合。
- Li B、Gallin WJ (2004年1月)。「VKCDB: 電位依存性カリウムチャネル データベース」。BMC Bioinformatics。5 : 3。doi : 10.1186 / 1471-2105-5-3。PMC 317694。PMID 14715090。
- ualberta.ca の「電位依存性カリウムチャネル データベース (VKCDB)」
- ミシガン大学膜タンパク質 ファミリー/スーパーファミリー-8 - 膜内の電位依存性カリウムチャネルの空間位置