骨格筋興奮・収縮連関分子機構とカルシウムイオン制御の系統発生に関する国際共同研究

骨骼肌兴奋和收缩相关分子机制及钙离子调节系统发育的国际合作研究

• 批准号: 11694213
• 负责人: 井上 勲
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: The University of Tokushima
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11694213/
• 关键词: 骨格筋; 横紋筋; 興奮・収縮連関; 細胞内カルシウム制御; 系統発生; 頭索類; 毛顎類; リアノジン受容体

脊椎動物骨格筋は系統発生的進化の結果、興奮・収縮連関において筋小胞体(SR)に貯えられたCa^<2+>のみを使う独特の機能(Depolarization-Induced-Calcium-Release;DICR)を獲得した。そのため細胞外からのカルシウムイオン流入を必要としない。DICR獲得の結果、骨格筋細胞全体が伝播性のナトリウムスパイクに感応して収縮し、収縮速度は活動電位の頻度により調節されることにより、神経支配効率が飛躍的に高まった。我々は進化系統樹をたどりDICRは原索動物の最上位に位置する頭索類と脊椎動物最下位の無顎類の間で不連続的に現れたことを突き止めた。この進化はL-型Ca^<2+>であるdihydropyridine(DHP)受容体分子が膜電位センサー機能を獲得(あるいは増幅)した時と一致することを発見した。しかしDICRはDHP受容体機能によってのみ発現するのではなく、T-管、SRおよびSRのCa^<2+>放出チャネル(ryanodine受容体)を含んだ細胞構造と機能分子群による複合現象である。これらの細胞構造と機能分子群はそれぞれ系統発生的進化を伴っている。実際、最も脊椎動物に近い頭索類(Amphioxus)横紋筋においては、生理的興奮・収縮連関にはL-型Ca^<2+>チャネルを通るCa^<2+>の流入が必要である。しかしSCNイオンでDHP受容体を修飾することによりDICR機能を発現させることができる。すなわちSRは骨格筋に近い細胞内カルシウム制御機能を有する。他方、毛顎類(Caetognath)は原索動物に分化する以前の動物種でるが、横紋筋は骨格筋同様T-管,SRを有する。SRは蛍光ryanodineで特異的に染色されるが、ryanodine、caffeineともに薬理作用が全くない事を発見した。Ryanodine受容体は細胞内Ca^<2+>放出チャネルとして機能していないプロトタイプであると考えられる。SRにはCa^<2+>が蓄積されることから、進化のこの段階においてはSRの機能は細胞質からのCa^<2+>の取り込みのみである。脊椎動物以前の、毛顎類から頭索類に至る進化の過程で、Ryanodine受容体は細胞内Ca^<2+>放出チャネル分子機構を獲得した。この分子進化をたどることが今後の研究課題である。

As a result of the evolution of the vertebrate skeletal muscle system, excitation, contraction and contraction are related to the acquisition of a unique function (Depolarization-Induced-Calcium-Release;DICR) for the storage of Ca^<2+> in the muscle cell (SR). It is necessary for the cells to flow into the cells. The results obtained by DICR showed that the whole skeletal muscle cells were sensitive to contraction, the contraction speed was regulated by the frequency of activity potential, and the control efficiency was increased. The highest position of the protochordates is the lowest position of the gnaths. The evolution of the L-type Ca^<2+> receptor molecule is a function of membrane potential gain (increase in amplitude). The DHP receptor function is related to the complex phenomenon of T-tube, SR and SR Ca^<2+> emission (ryanodine receptor). The cellular structure and functional molecular groups of the system are related to the evolution of the system. In fact, most vertebrates, such as Amphioxus, have physiological excitations and contractions, which are necessary for the influx of L-type Ca^<2 +>. DHP Receptacle Modifications for SCN The cells in the cells of the bone marrow cells have the function of control. Other, Chaetognaths (Caetognaths) are different from the original chordates in the previous animal species, striated tendons, skeletal tendons and T-tubes,SR are different. SR light ryanodine specific staining, ryanodine, caffeine and other biological effects are all found Ryanodine receptors release intracellular Ca^<2+> and have the function of releasing calcium. Ca^<2+> accumulation, evolution, function, cytoplasmic Ca^<2+> accumulation During the evolution of vertebrates, Ryanodine receptors and intracellular Ca^<2+> release molecules were acquired. Molecular evolution is a topic for future research.

项目成果

Tsutsui,I.: "The locomotor muscle sheet of Chelophyes and other calycophoran siphonophores:muscle fibres without any sarcoplasmic reticulum but with a T."J.mar biol Ass.UK. 79. 1111-1116 (1999)

Tsutsui，I.：“Chelophyes 和其他管水动物的运动肌片：没有任何肌浆网但具有 T 的肌肉纤维。”J.mar biol Ass.UK。

Inoue,I.: "Evolution of L-type Ca^<2+> channel as a voltage sensor in striated muscle In"Ca^<2+> channels,Structure and Phylogeny""Society of Experimental Biology Seminar Series,Cambridge Univ.Press. 印刷中

Inoue, I.：“L 型 Ca^<2+> 通道作为横纹肌电压传感器的进化在“Ca^<2+> 通道、结构和系统发育”中，“实验生物学会研讨会系列”，剑桥大学。现已印刷。

Tsutsui,I.: "Activation of locomotor and grasping spine muscle fibres in chaetognaths;a curious paradox"J.Muscle Res.Cell Motl.. (in press). (2000)

Tsutsui,I.：“毛颌动物运动和抓握脊柱肌肉纤维的激活；一个奇怪的悖论”J.Muscle Res.Cell Motl..（出版中）。

井上 勲: "マウスCacnals<mdg>locusのミュータント(muscular dysgenesis)"脳の科学 (増刊号)チャネル病 星和書店. 6 (1999)

Isao Inoue：“小鼠 Cacnals<mdg>基因座的突变（肌肉发育不良）”脑科学（特刊）通道疾病清和书店 6（1999）。