脂質膜に高密度に再構成したGluA2ホモマの機能と構造

Jelena Baranovic Chandra S. Ramanujan 河西奈保子
オックスフォード大 機能物質科学研究部

 Alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid receptor (AMPAR)は、神経細胞において興奮性の信号伝達を担うイオンチャネル型グルタミン酸受容体の1つであり、記憶の形成や学習に分子レベルで重要な役割を果たしている。これまで、その分子構造の観察は、クライオ電子顕微鏡(EM)やX線結晶構造解析により行われている。しかしながら、脂質膜に再構成された状態での機能と構造の関係については不明な点が多い。これまで我々は、AMPARのうちGluA3ホモマについて、脂質膜に再構成され活性を有した状態の一受容体の構造を、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察してきた[1]。しかしながら、これまで過去の報告と比較すると脂質膜面からの高さが低く、その理由についても明確な解を得ることができなかった。
 本研究では、AFM観察によるAMPARの構造と機能について、脂質膜にシナプスと同様の高密度に再構成したGluA2ホモマを用いて検討を行った[2]。高密度に再構成したGluA2は脂質膜面からの高さが約11 nmであり(図1(a)、(c))、さらにクラスタを形成したGluA2(図1(b)、(d))は8-10 nmの高さを有し、いずれもEMの値と同程度であった。さらに図2に示すように、観察されたGluA2は細胞膜内に存在する場合と同様の機能を有した。
 このことは、膜に再構成されたAMPARの構造および機能は密度に影響されるということを示した初めての結果である。すなわちシナプスのように高密度に存在する場合は構造のフレキシビリティが低く、個々のAMPARが独立して存在する場合と機能・構造ともに異なる可能性があることが示された。このように、神経伝達を仲介する受容体タンパク質の構造と機能の相関を解析することは、脳におけるシナプス伝達メカニズムの分子基盤に関する知見を得るために重要である。

[1] N. Kasai et al., BBA General Subjects 1800 (2010) 655.
[2] J. Baranovic, C. S. Ramanujan, and N. Kasai, J. Biol. Chem. 288 (2013) 8647.
 

図1  再構成されたGluA2のうち(a)高密度GluA2と(b)クラスタのAFM像。(c)高密度GluA2の高さのヒストグラム。(d)クラスタの断面図。
図2  再構成されたGluA2の(a) L-Glu、CTZ存在下でのシングルチャネル応答。阻害剤存在下や対照実験ではシグナルが得られない。(b)チャネルコンダクタンス。いずれも+80 mV。

【前ページ】 【目次へもどる】 【次ページ】