金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）／新学術創成研究機構の角野 歩助教，WPI-NanoLSI／JST さきがけ研究者の炭竈享司特任助教，和歌山県立医科大学の入江克雅准教授の共同研究グループは，電位依存性 Na+チャネル(Nav)（※1）のこれまで不明だった室温で動いている構造を高速原子間力顕微鏡（高速 AFM）（※2）によって解明し，さらに予期せぬチャネル分子間の相互作用の存在を発見しました。
電位依存性 Na+チャネル（Nav）は生体の活動に必要な電位（活動電位）を発生するため，生体にとって不可欠な膜タンパク質です。そのため，Nav の構造と機能の関係を明らかにする研究が広く行われてきましたが，細胞膜内で機能している際の Nav の構造や，Nav同士の相互作用には不明点が多く残されていました。
このたび本研究グループは，室温でのタンパク質の動態観察が可能な高速 AFM を用いることで，Nav が閉じると Nav の電位センサーは Nav から離れて二量体を形成することを解明しました。さらに，理論計算により，この二量体化は現実の神経においても起きうることを明らかにし，二量体化がこれまで不明であった Nav の急峻な活動電位発生の分子実態である可能性を示しました。
これらの知見は将来，活動電位の波形の異常を修正する薬剤の一つの開発指針となることが期待されます。
本研究成果は，2023 年 12 月 19 日午前 10 時（英国時間）に国際科学雑誌『Nature Communications』に掲載されました。
図：Navの高速 AFM 観察結果
（a, e）開状態および閉状態の Navの高速 AFM 観察結果，（b, f）a, e の時間平均画像，
（c, g）a, e の局在 AFM 画像，（d, h）観察結果の模式図
【用語解説】
※1：電位依存性 Na+チャネル（Nav）
細胞内外の電位差に応じて細胞膜の Na+透過を制御する膜タンパク質。Nav が活性化することで活動電位が発生する。
※2：高速原子間力顕微鏡（高速 AFM）
柔らかい板バネの先に付いた針の先端で試料に触れ，試料の表面形状を可視化する顕微鏡。針と試料の水平方向の相対位置を変えながら試料表面の高さを計測することにより，試料の表面形状を可視化する。また，試料の表面を高速（最速 33 フレーム／秒）にスキャンすることにより試料の動きを可視化することができる。
ジャーナル名：Nature Communications
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