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 当教室のメインテーマであるアクアポリンの研究について紹介します。

 細胞を取り囲む細胞膜は脂質で形成され、つまり、油の膜で覆われているようなものですから水の通過は制限されています。しかし、生体内には水を多く扱う細胞がたくさんあります。一つは腎臓の細胞です。腎臓は簡単に言うと血液中の老廃物を除去し、血液の状態、すなわち体内の状態を一定に保つはたらきをしています。老廃物の除去の仕組みとしては、腎臓内の糸球体でまず大まかに濾過して原尿として必要なものも捨ててしまいます。原尿には糖をはじめとして、水も大量に含まれ、原尿のまま捨ててしまうと1日に200リットルもの水が失われてしまいます。もちろん人の身体はそんな無駄なことはしていません。水や糖など必要なものは再び回収する機構が存在します。糸球体に続く長い管である尿細管とそれに続く集合管で再吸収しているのです。尿細管も集合管も細胞で囲まれた管です。したがってこの細胞を通して水を体内に戻すことになります。これが再吸収です。水の通り道として、細胞と細胞の隙間(細胞間隙)を通る経路もありますが、尿細管や集合管では水に対してはこの経路ははたらきません。細胞を直接通過する、すなわち細胞膜を大量の水が通過する必要があります。先に述べました、油の膜である細胞膜は水の通過が制限されていて、尿細管と集合管での水の再吸収にはとても間に合いません。そこで細胞膜に水が通るチャネルを作っています。この水チャネルのタンパク質がアクアポリンです。アクアポリンの仲間は植物や細菌・寄生虫からヒトまで、生物全般にみられる水チャネルです。ヒトをはじめとするほ乳類では13種類の少しずつ性質の異なるアイソフォームが存在します。その中で、現在アクアポリン2、アクアポリン11、アクアポリン5を中心に研究を進めています。

1 アクアポリン2の研究

 アクアポリン2は腎臓の集合管の細胞に発現しています。集合管は最終的な尿量を調節するはたらきがあり、その中心的な役割を果たすのがアクアポリン2です。腎臓の尿濃縮機構は非常に複雑ですが、簡単にいうと集合管では細胞膜の水透過性が低いと、原尿がそのまま通過して薄い尿となります。一方、水透過性が高まれば原尿から水が血液中へ再吸収され、尿量が減少します。つまり、身体に水が保持されるわけです。ここで、細胞膜の水透過性を規定しているのがアクアポリン2です。尿量を調節するので、アクアポリン2も調節されます。水を身体に保持したいときにはアクアポリン2が細胞膜に存在し水の通路を形成しますが、水を排泄したいときにはアクアポリン2が細胞内に移動し、細胞膜の水の通路がなくなります。このようなアクアポリン2の細胞内での移動(トラフィッキング)の機構について研究を進めています。

2 アクアポリン11の研究

 アクアポリン11は腎臓の近位尿細管の細胞に発現しています。機能はわかっていませんが、アクアポリン11の遺伝子をノックアウトしたマウスでは腎臓に嚢胞をたくさん形成し(嚢胞腎)、腎不全の状態になってしまいます。アクアポリン11をノックアウトするとなぜ嚢胞腎となるのかを解明することで、アクアポリン11の機能を理解することもできます。また腎臓に嚢胞をたくさん形成するヒトの疾患としては、多発性嚢胞腎という遺伝性の疾患が存在します。この疾患のほとんどは、細胞に存在する一次線毛という、細胞のセンサーのようなはたらきをする構造に存在するタンパク質であるポリシスチン1やポリシスチン2の異常と関係しています。アクアポリン11の異常と関係したヒトの疾患は報告がありませんが、多発性嚢胞腎の研究を進めるうえでもアクアポリン11の研究は重要な意味を持つと考えられます。本研究は明治薬科大学、東京医科歯科大学、宮崎大学との共同研究でおこなっています。

3 アクアポリン5の研究

 アクアポリン5は身体のなかで、唾液腺や汗腺など分泌をおこなう組織を中心に発現しています。このうち唾液腺を中心に研究を進めています。唾液は水を主成分とし、口腔内に分泌され、消化をはじめとして口腔内の浄化作用や口腔内環境維持に重要です。唾液量が減少すると口腔乾燥症として、口の中に不快を感じ、しゃべるのも困難となることがあります。唾液腺では水の分泌に関係すると思われるアクアポリン5が細胞膜に存在します。アクアポリン5と口腔乾燥症との関係を調べるとともに、アクアポリン5をターゲットとした治療法の可能性についても研究を進めています。


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  群馬大学大学院医学系研究科 生体構造学(旧解剖学第一講座)
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