内向き整流カリウムチャネル

内向き整流カリウムチャネル
内向き整流カリウムチャネルの結晶構造
識別子
シンボル	イラン
パム	PF01007
ファム一族	CL0030
インタープロ	著作権
SCOP2	1n9p / スコープ / SUPFAM
TCDB	1.A.2
OPMスーパーファミリー	8
OPMタンパク質	3SPG
利用可能なタンパク質構造: パム   構造 / ECOD   ＰＤＢ RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBサム 構造の概要

内向き整流性カリウムチャネル（K _ir、IRK）は、カリウムチャネルの特定の脂質依存性サブセットです。現在までに、7つのサブファミリーがさまざまな哺乳類細胞型^[1] 、植物^[2]、細菌^[3]で特定されています。これらは、ホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸（PIP ₂）によって活性化されます。チャネルの機能不全は、いくつかの疾患に関係しています。^{[4] [5] IRKチャネルは、}電位依存性イオンチャネルのものと相同な細孔ドメインと、隣接する膜貫通セグメント（TMS）を持っています。これらは、ホモオリゴマーまたはヘテロオリゴマーとして膜内に存在し、各モノマーは2〜4個のTMSを持っています。機能的には、これらのタンパク質はカリウム（K ⁺）を輸送し、K ^+の輸出よりも取り込みの傾向が大きいです。^[3]内向き整流のプロセスは、 1960年代にデニス・ノーブルによって心筋細胞で発見され、^[6] 1970年にリチャード・エイドリアンとアラン・ホジキンによって骨格筋細胞で発見されました。 ^[7]

「内向き整流」チャネルとは、電流（正電荷）を外向き（細胞外）よりも内向き（細胞内）に容易に通過させるチャネルです。この電流は、細胞の 静止膜電位を安定させることで、ニューロン活動の調節に重要な役割を果たすと考えられています。

慣例により、内向き電流（細胞に流入する正電荷）は電圧クランプで下向きの偏向として表示され、外向き電流（細胞から流出する正電荷）は上向きの偏向として表示されます。 カリウムの逆転電位に対して負の膜電位では、内向き整流性の K ^{+チャネルが正に帯電した K +}イオンの細胞内への流れをサポートし、膜電位を静止電位に戻します。 これは図 1 で確認できます。膜電位がチャネルの静止電位に対して負に固定されている場合 (例: -60 mV)、内向き電流が流れます (つまり、正電荷が細胞に流入します)。 ただし、膜電位がチャネルの静止電位に対して正に設定されている場合 (例: +60 mV)、これらのチャネルはほとんど電流を流しません。 簡単に言うと、このチャネルは、その動作電圧範囲で、外向きよりも内向きに多くの電流を流します。 これらのチャネルは完全な整流器ではなく、静止電位より約 30 mV 高い電圧範囲で外向き電流をいくらか流すことができます。

これらのチャネルは、遅延整流チャネルやA型カリウムチャネルなど、活動電位に続いて細胞を再分極させる役割を担う典型的なカリウムチャネルとは異なります。これらのより「典型的な」カリウムチャネルは、脱分極した膜電位で外向き（内向きではなく）カリウム電流を優先的に運び、「外向き整流性」であると考えられます。内向き整流は、最初に発見されたとき、外向きカリウム電流と区別するために「異常整流性」と名付けられました。^[8]

内向き整流チャネルは、主に「漏れ」K ^{+電流の原因となるタンデム}ポアドメインカリウムチャネルとも異なります。^[9]「弱い内向き整流チャネル」と呼ばれる一部の内向き整流チャネルは、 K ⁺逆転電位に対して正の電圧で測定可能な外向き K ⁺電流を運びます (図 1 の 0 nA ラインより上の小さな電流に対応しますが、それよりも大きい)。これらは、「漏れ」チャネルとともに、細胞の静止膜電位を確立します。「強い内向き整流チャネル」と呼ばれるその他の内向き整流チャネルは、外向き電流をほとんど運びません。主に K ⁺逆転電位に対して負の電圧でアクティブになり、内向き電流を運びます (図 1 の 0 nA ラインより下のはるかに大きな電流)。^[10]

_{K ir}チャネルの内向き整流現象は、内因性ポリアミン、すなわちスペルミンとマグネシウムイオンによる高親和性ブロックの結果であり、正電位でチャネル孔を塞ぎ、外向き電流を減少させます。ポリアミンによるこの電圧依存的なブロックにより、内向き方向のみに電流が効率的に伝導されます。ポリアミンブロックの基本的な考え方は理解されていますが、具体的なメカニズムについてはまだ議論の余地があります。^[11]

すべてのKir_{チャネルは活性化に}ホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸（PIP ₂）を必要とする。 ^[12] PIP _{2 は}アゴニストのような特性を持つKir 2.2に結合し、直接活性化する。_[ 13 ^]この点で、Kir_チャネルはPIP ₂ リガンド依存性イオンチャネルである。

K _irチャネルは、マクロファージ、心臓細胞、腎臓細胞、白血球、ニューロン、内皮細胞など、複数の細胞タイプに存在します。負の膜電位で小さな脱分極K ^{+電流を媒介することで、静止膜電位の確立を助け、} K _ir 3グループの場合は、抑制性神経伝達物質応答の媒介を助けますが、細胞生理学における役割は細胞タイプによって異なります。

電圧依存性は、外部 K ⁺、内部 Mg ²⁺、内部ATPおよび/またはG タンパク質によって制御される可能性がある。 IRK チャネルの P ドメインは、VIC ファミリーのものと限定的な配列類似性を示す。 内向き整流子は細胞膜電位を設定する役割を果たし、脱分極時にこれらのチャネルが閉じることで、プラトー相を伴う長時間の活動電位の発生が可能になる。 内向き整流子には、多くの VIC ファミリー チャネルに見られる固有の電圧感知ヘリックスがない。 いくつかのケース、たとえば Kir1.1a、Kir6.1、および Kir6.2 のチャネルでは、ABC スーパーファミリーのメンバーとの直接相互作用が、ATP に対する感受性を含むヘテロマー複合体に独自の機能的および調節的特性を与えることが提案されている。 これらの ATP 感受性チャネルは、多くの体組織に見られる。ヒトSUR1およびSUR2スルホニル尿素受容体（それぞれspQ09428およびQ15527）は、ATPに応答してKir6.1およびKir6.2チャネルの両方を制御するABCタンパク質であり、CFTR（TC #3.A.1.208.4）はKir1.1aを制御する可能性がある。^[16]

IRK-Cファミリーの細菌メンバーの結晶構造^[17]と機能^[18]が決定されている。Burkholderia pseudomallei由来のKirBac1.1は、333個のアミノアシル残基（aas）から成り、Pループ（残基1-150）を挟む2つのN末端TMSを持ち、タンパク質のC末端半分は親水性である。これは、K ≈ Rb ≈ Cs ≫ Li ≈ Na ≈ NMGM（プロトン化N-メチル- D-グルカミン）という選択性で一価カチオンを輸送する。この活性は、Ba ²⁺、Ca ²⁺、および低pHによって阻害される。 ^[18]

_{K ir}チャネルには7つのサブファミリーがあり、K _ir 1～K _ir 7と表記されます^。[1]各サブファミリーには複数のメンバー（K _ir 2.1、K _ir 2.2、K _ir 2.3など）があり、既知の哺乳類種間でほぼ同じアミノ酸配列を持っています。

K _{irチャネルは}ホモ四量体膜タンパク質から形成されます。4 つの同一タンパク質サブユニットはそれぞれ、2 つの膜貫通アルファヘリックス(M1 および M2) で構成されています。チャネルが過剰発現すると、同じサブファミリーのメンバー (つまり、K _ir 2.1 と K _ir 2.3) 間でヘテロ四量体が形成されることがあります。

• 乳児の持続性高インスリン性低血糖は、 _{K ir} 6.2の常染色体劣性変異に関連しています。この遺伝子の特定の変異により、インスリン分泌を調節するチャネルの能力が低下し、低血糖を引き起こします。
• バーター症候群は、 _{K ir}チャネルの変異によって引き起こされることがあります。この症状は、腎臓がカリウムを再利用できず、体内のカリウム濃度が低下するという特徴があります。
• アンダーセン症候群は_{、K ir} 2.1の複数の変異によって引き起こされるまれな病気です。変異に応じて、優性または劣性になります。周期性麻痺、不整脈、および異形の特徴が特徴です。( KCNJ2も参照)
• バリウム中毒は、バリウム_{が K ir}チャネルをブロックする能力を持っているために起こると考えられます。
• アテローム性動脈硬化症（心臓病）は、K _irチャネルに関連している可能性があります。内皮細胞における K _ir電流の消失は、アテローム性動脈硬化症（心臓病の始まり）の最初の既知の指標の 1 つです。
• 甲状腺中毒性低カリウム血症性周期性四肢麻痺は_{K ir} 2.6機能の変化と関連している^{。 [19]}
• EAST/SeSAME症候群はKCNJ10の変異によって引き起こされる。^[20]

• Gタンパク質共役型内向き整流性カリウムチャネル
• ヒトERG
• トランスポーター分類データベース

• 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH) にある Inward+Rectifier+Potassium+Channels。
• 「内向きに吸収されるカリウムチャネル」。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。
• UMich 膜タンパク質の配向 family/family-85 - 膜内の内向き整流カリウムチャネルの空間位置。