研究領域の現状 13

1-3 神経分化

岡 村 康 司（教授）

１）専門領域：神経生物学，膜生理学，動物学

２）研究課題：

ａ）電位感受性酵素蛋白の構造と機能に関する研究

ｂ）電位依存性プロトンチャネルの構造と機能に関する研究

ｃ）イオンチャネル分子の進化に関する研究

３）研究活動の概略と主な成果：

ａ）電位感受性酵素蛋白の構造と機能に関する研究 VSP （Ciona voltage-sensing phosphatase）はイオン

チャネルの電位センサードメインとホスファターゼドメインを併せ持ち，膜電位依存的に酵素活性を変化させ

る分子であり，この分子の発見は，イオンチャネルの中に built-in されイオンの透過に特異的に関わると考え

られてきた膜電位センサーが，独立した機能ユニットであり，その役割がイオンの透過に留まらず幅広い生理

現象に関わる可能性を示した（Murata et al, 2005）。この分子の動作原理の解析を更に進め，PH ドメイン GFP

を用いた PIP2 のイメージングと K チャネルの強制発現による電気生理を並行して行い，脱分極で PIP2 のレ

ベルが減少することを明らかにした（Murata & Okamura, J. Physiol.）。また，酵素ドメインの基質特異性をマ

ラカイトグリーンアッセイと TLC 解析により行い，これまで明らかになっていた PIP3 だけでなく PIP2 が脱

リン酸化されることが明らかになった（図）。これらの結果から，VSP には多くの電位依存性チャネルと同様

に（１）脱分極により下流の分子機能を活性化する，（２）膜電位センサーの動きを翻訳して，下流の活性を

チューニングできる，という「電位センサー蛋白」に共通する原理があてはまることが示された。さらに，通

常蛋白ドメイン間の相互作用は一方向性ではなく双方向性であることが良く知られているので，電位センサー

の動きが細胞内ドメインの構造変化によりどのように影響を受けるかを検討した。活性中心の変異の導入，ま

たはホスファターゼの阻害剤による酵素活性の抑制時に，ゲート電流の動きが有意に速くなるという現象を見

出した。このことは電位センサードメインが酵素ドメインと強くカップルして構造変化を生じていることを示

唆しているとともに，今後ホスファターゼのダイナミクスを明らかにする端緒になると期待される（Israilら，

Biophysical Society meeting, 2006）。更に VSP がどのような生物現象の文脈での膜電位変化に対応して機能す

るのか，哺乳類に固有の生理機能の進化とどのような関係があるかを明らかにするため，各動物のオルソログ

分子の発現様式と分子機能を解析している。

ｂ）電位依存性プロトンチャネルの構造と機能に関する研究 VSOP （voltage sensor-only protein）は電位

センサードメインのみを有しポア領域をもたないにも関わらず電位依存性プロトンチャネル活性をもつ。

VSOP はマクロファージなど免疫系の細胞に多く発現し，膜電位を介する活性酸素の産生や細胞内環境の制御

に関わっていると考えられる。今後感染防御機構や膠原病，アレルギー，神経疾患などにおける細胞内 pH や

膜電位シグナルの役割を解析する上でターゲット分子と考えられる。またシンプルな構造と機能のユニークさ

から，イオンチャネルの動作原理一般や，様々な生命現象に関わるプロトンの透過機構一般を理解することに

14 研究領域の現状

つながる。プロトンチャネルが膜電位を感知する機構を明らかにするため，陽電荷をもつ S4 を変異させ膜電

位依存性の変化を検討した。３つのアミノ酸のうち細胞外側に近いアルギニンである R 1 と R2 が重要な働きを

していること，またアルギニンを塩基性アミノ酸であるリジンに変化させると大きな膜電位依存性のシフトが

起こり，単に静電的な電荷の貢献からは説明できないことから，その機構はこれまで知られてきた電位依存性

の電位センシングとは異なる可能性が示唆された。

ｃ）イオンチャネル分子の進化に関する研究 無脊椎動物であるホヤのオタマジャクシ幼生は，魚類などの

脊椎動物に似た遊泳運動を行うが，その筋肉細胞が約20対しかないなど体制が著しく単純である。カタユウレ

イボヤ幼生の遊泳に関わる分子機構を知るため，幼生筋で発現する nAChR を同定し，その電気特性を定めた。

すると脊椎動物の筋肉型 nAChR とは異なり，ホヤ幼生筋 nAChR は顕著な内向き整流性と高い Ca イオン透

過性を示した。この分子特性が変更される変異型 nAChR を作製し，これと幼生に内在するものを大幅に入れ

替えると，幼生の運動パターンは明確に変化した。この結果は，筋肉 nAChR のチャネル特性がホヤ幼生遊泳

に本質的な役割を持つことを示し，脊椎動物の生理特性の成立に関わる分子進化的理解につながる機構を提示

している。

４）学術論文

Y. Ohtsuka and Y. Okamura, “Voltage-dependent calcium influx mediates maturation of myofibril arrangement in

ascidian larval muscle”Dev. Biol., 301:361-373. (2007)．

Y. Murata and Y. Okamura, “Depolarization activates the phosphoinositide phosphatase Ci-VSP, as detected in

Xenopus oocytes coexpressing sensors of PIP2”J. Physiol. 583:875-889. (2007)．

B. Musset, V. V. Cherny, D. Morgan, Y. Okamura, I. S. Ramsey, D. E. Clapham, and T. E. DeCoursey,“Detailed

comparison of expressed and native voltage-gated proton channel currents”J. Physiol. in press.

M. I Hossain, H. Iwasaki, Y. Okochi., M. Chahine, S. Higashijima, K. Nagayama and Y. Okamura,“Enzyme

domain affects the movement of the voltage sensor in ascidian and zebrafish VSPs”J. Biol. Chem. in press.

５）著書，総説

Y. Okamura, “Biodiversity of voltage sensor domain proteins”Pflugers Archiv 454:361-71. (2007)．

岡村康司，佐々木真理 ファゴサイトーシスと膜電位変化 生化学79 ：454-458（2007）

西野敦雄 海産無脊椎動物の発生と進化．「動物の形態進化のメカニズム」培風館．（佐藤矩行，倉谷滋 編）

「シリーズ21世紀の動物科学」第３巻所収，日本動物学会（2007）．

西野敦雄，和田洋，倉谷滋 無脊椎動物から脊椎動物を導く．「動物の形態進化のメカニズム」培風館．（佐藤

矩行，倉谷滋 編）「シリーズ21世紀の動物科学」第３巻所収，日本動物学会（2007）．

６）国際会議発表リスト

Y. Okamura. “Voltage sensor domain proteins” European Biophyics Congress, London (UK), June.

Y. Okamura. “Voltage-gated proton channels” 52nd Biophysical Society Annual Meeting, 16th IUPAB International

Biophysics Congress, Long Beach (USA), February.

Md. I. Hossain, S. Sakata, Y. Murata, Y. Okamura. “Voltage range for tuning of phosphatase of Ci-VSP as measured

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by two PIP2-sensors” 52th Biophysical Society Annual Meeting, poster, Long Beach (USA), February.

H.P. Koch, T. Kurokawa, M. Sasaki, Y. Okamura, P. Larsson. “Multimeric nature of voltage-gated proton channels”

52th Biophysical Society Annual Meeting, poster, Long Beach (USA), February.

７）招待講演

Y. Okamura. “How do animals utilize signals of membrane potentials?: lessons from two voltage-sensing proteins”OBC

symposium at NIBB, Okazaki (Japan) December.

Y. Okamura. “Voltage-gated proton channels”Symposium, “Voltage-dependent proton channels: come of age”52nd

Biophysical Society Annual Meeting, 16th IUPAB International Biophysics Congress, Long Beach (USA), February.

Y. Okamura. “Mechanisms and biological roles of voltage-sensor domain proteins”The 7th European Biophyics

Congress, London (UK), June.

Y. Okamura. “Voltage-sensor domain proteins”Seminar series of ion channel. Department of Physiology, University of

Pennsylvania, Philadelphia, November.

Y. Okochi, M. Sasaki, H. Iwasaki, T. Kurokawa, Y. Okamura. “Biochemical characterization of voltage-gated proton

channel, VSOP, in phagocytes”Workshop on Phagocyte biology, 42nd Annual Scientific Meeting of the European

Society for Clinical Investigation (ESCI), Geneva (Switzerland), March.

８）学会および社会的活動

日本学術会議連携会員，Journal of Physiological Sciences 編集委員，日本生理学会評議員，ターゲット蛋白プ

ログラム委員会委員

９）他大学での非常勤講師，客員教授

平成19年10月より大阪大学医学系研究科招聘教授

11）外部獲得資金

科研費特定領域研究（計画），「新規電位センサー蛋白電位依存性ホスファターゼの作動原理と生理機能の解析」，

岡村康司（代表） (2006年-2010年)

科研費基盤研究 ，「膜電位化学連関の新しい生理メカニズムの解明」，岡村康司（代表）（2006年-2009年）．

科研費特定領域研究，「新規膜タンパク群による活動依存的シグナル伝達の解明」，岡村康司（代表）（2006年-

2007年）．

HFSP リサーチグラント（代表）“Biodiversity and principle of voltage sensor domain”（2007年-2009年）

武田科学振興財団，「時系列生命現象における膜電位シグナルの新たな役割の解明」（2007年）