(HS-AFM)(※2)を用いて世界で初めて明らかにしました。我々の体を構成する細胞の細胞膜には,イオンチャネルという膜内外のイオン輸送を制御するタンパク質が組み込まれています。このイオンチャネルがさまざまな刺激に応答して特定のイオンを透過させる働きによって,細胞は電気信号を操り,我々は体を動かしたり,物事を考えたりすることができます。そのため,イオンチャネルの働きを阻害する分子の動作機構を理解することが重要です。サソリの毒液に含まれるアジトキシン-2(AgTx2)というペプチド(※3)は,K+チャネルに結合してイオンの通り道をふさぐことでK+の透過を阻害してしまうことが分かっていましたが,その結合ダイナミクスの詳細は明らかにされていませんでした。本共同研究グループは,HS-AFMを使ってAgTx2がK+チャネルKcsA(※4)に結合・解離する様子を直接観察し,そのダイナミクスを詳細に解析しました。構造がAgTx2に結合しやすい構造に変化し,一旦AgTx2が解離しても,すぐに次のAgTx2が結合するというインデューストフィット(※5)機構が使われていることが分かりました。機能を阻害する仕組みを解明しました。本研究で用いたチャネルとペプチドの結合のHS-AFM観察技術と解析手法は,あらゆる生体分子に応用することができるため,これらの知見は将来,さまざまな結合物質とチャネルの結合動態の解明に活用されることが期待されます。Advances』に掲載されました。代表的なAFM像と白破線に対応する断面高さプロファイル。スケールバーは2nm。AgTx2の結合・解離を捉えたHS-AFM動画のスナップショットと,チャネル中心付近の平均高さ(h)の時間変化。観察溶液中のAgTx2濃度に依存したhの分布の変化。溶液中のAgTx2の濃度が高くなると,結合した状態をとる確率も上がる。カリウムイオン(K+)チャネルK+を選択的に透過させるイオンチャネルのこと。(HS-AFM)試料の表面を鋭くとがった探針で高速になぞることで,試料の表面形状を高時空間分解能で観察できる顕微鏡。ペプチド2-50個程度のアミノ酸がつながった化合物。KcsAK+チャネルの中でも最も分子量が小さいものの1つで,4量体を形成してK+チャネルとなる。細胞内側を酸性pHにするとゲートが開き,高い選択性でK+を透過する。結晶構造が明らかで安定性が高いことから,K+チャネルのモデルとして広く研究に使用されている。インデューストフィット結合物質の結合によって,受容体の構造が結合物質の結合しやすい状態へ変化すること。