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4「自然科学研究機構とウズベキスタン国立大学との間における学術交流に関する協定（2005年11月締結）」の実績報告書

2010.8.24  生理学研究所所長 岡田泰伸

１．共同研究の推進・促進

両機関の共同研究は、次のように多岐にわたる課題で、ウズベキスタンの多数の研究者（R.Z. Sabirov, A.H. Toychiev, V.I. Ternovsky, M. Zamaraeva, R.S. Kurbannazarova, S.V. Bessonova, Y.V. Levitskaya, P.G. Merzlyak, K. Toychiev）と多くの院生・学生との間によって行われた。

①マキシアニオンチャネルの分子生理学的研究
多くの細胞で発現し、数百ピコシーメンスという大型単一チャネルコンダクタンスを示すアニオンチャネルであるマキシアニオンチャネルの分子実体はミトコンドリアのポリンであるVDACの形質膜イソホームと永年信じられてきたが、その通説が誤りであることを明らかにした（論文#3）。更に最近、Tweetyホモログがその分子実体であるという説が唱えられたが、これも正しくないことを示した（論文#10、13）。また、本チャネルの活性化にチロシン脱リン酸化が関与することを明らかにした（論文#11）。

②マキシアニオンチャネルによるATP放出
マキシアニオンチャネルのポアサイズはATPの透過が可能であることを既に示した（Sabirov & Okada 2004 Biophys J; 論文#2）が、事実、本チャネルが細胞膨張時や虚血ストレス下において心筋細胞（論文#8）やアストロサイト（論文#6、7）から細胞外に放出されるATPの通路を与えることを証明した。

③アニオンチャネルによるグルタミン酸放出
虚血時や細胞膨張時にはアストロサイトからATPのみならずグルタミン酸が放出されるが、その通路はマキシアニオンチャネルと中型単一チャネルコンダクタンスを示す容積感受性外向整流性アニオンチャネルVSORの2つによって与えられることを明らかにした（論文#4）。また、炎症メディエータであるブラジキニン刺激下でもアストロサイトからグルタミン酸が放出され、近隣のニューロンにCaシグナル伝達することが知られているが、その放出通路はVSORによって与えられることを明らかにした（論文#12）。

④アポトーシス死達成における細胞内ATP上昇の役割
アポトーシス時の細胞内ATP濃度変化をリアルタイムに測定する方法を開発し、ミトコンドリア刺激、デスレセプター刺激、核クロマチン刺激のいずれのアポトーシス誘導によっても細胞内ATP濃度は約1ミリモルから数ミリモルに上昇すること、この上昇は主として解糖反応の刺激によること、この上昇を阻止するとカスパーゼ活性化やDNAラダー形成なども阻止され、アポトーシス実行反応にATP増が不可欠であることを明らかにした（論文#1、5）。

⑤スマートパッチ法によるイオンチャネル局在同定
走査コンダクタンス顕微鏡法にパッチクランプ単一チャネル記録法を組み合わせたスマートパッチ法によって、成熟心室筋細胞膜上におけるイオンチャネルの局在を調べ、小型単一コンダクタンスを示すPKA依存性アニオンチャネルCFTRは心室筋細胞形質膜上においてクラスターを形成すること（論文#14）、マキシアニオンチャネルはT管開口部に局在すること（論文#8）を明らかにした。

⑥アニオンチャネルによるグルタチオン放出
3価アニオンであるグルタチオン（GSH）は、細胞内で還元反応による抗酸化作用を果たすと共に、細胞外に放出されて細胞間シグナルとしても働くことも最近次第に明らかになってきた。しかしその放出路は不明であった。胸腺リンパ球は細胞膨張時にGSHを放出すること、その放出はVSORブロッカーで阻止されること、事実VSOR電流はGSHに対して塩素イオンに対する透過性の約1/4の透過性を示すことを明らかにした（論文#9；抄録#1；論文準備中）。

⑦胸腺リンパ球の細胞容積調節メカニズム
胸腺リンパ球は他の多くの細胞と同様に、浸透圧性膨張後にRegulatory Volume Decrease （RVD）と呼ばれる細胞容積調節能を示す。これまでこのRVDは、K-Cl共輸送体によるKCl流出によって実現されるものと考えられてきた。その主たる根拠は、K-Cl共輸送体のブロッカーであるDIOAに対する感受性であったが、DIOAはVSORもブロックし、本細胞のRVDは他のVSORブロッカーによって抑制されることから、RVD達成のための塩素イオン流出の主たる通路は、K-Cl共輸送体ではなくVSORによって与えられることを明らかにした（抄録#4、9、18、19；論文準備中）。現在、中央アジア植物群から抽出・単離した多数種の生物活性化学物質の効果を調査継続中である。 マキシアニオンチャネルとVSORの分子同定

現在まで不明である両アニオンチャネルの分子実体の同定をめざす本課題は、現在展開中の最大かつ最も主要な共同研究プロジェクトである。その研究は次の3つの内容によって進められている。i）マキシアニオンチャネル高密度含有膜画分を用いたプロテオミクス解析、ii）レトロウイルス挿入性ランダムミュータジェネシス法によるマキシアニオンチャネル及びVSORのスクリーニング解析、iii）siRNAジーンサイレンジング法による候補遺伝子スクリーニング解析。今後の展開が期待される。

２．研究者招聘・派遣による学術交流

次の研究者の招聘・派遣によって共同研究推進、シンポジウム、講演会・セミナー開催、学会参加などによる学術交流を行った。

①R.Z. Sabirov教授
　2006年から2010年にわたって毎年3～4ヶ月間ずつ岡崎に客員教授として滞在し、共同研究を担うと共に、多数回のセミナーを行い、日本生理学会大会（2006前橋、2007大阪、2010年盛岡）、中部生理学会（2006年甲府）、プリン研究会（2008年岡崎）、国際生理学会大会（2009年京都）、PAT-CVR生理研国際シンポ（2009年岡崎）に参加・発表した。

②R.S. Kurbannazarova博士
　2007年から2010年にかけて毎年3～4ヶ月間ずつ岡崎に外国人研究員として滞在し、共同研究を担うと共に、国際生理学会（2009年京都）、PAT-CVR生理研国際シンポ（2009年岡崎）に参加・発表した。

③P.G. Merzlyak博士
　2007年から2010年にかけて毎年3～4ヶ月間ずつ岡崎に外国人研究員として滞在し、共同研究を担うと共に、国際生理学会（2009年京都）、PAT-CVR生理研国際シンポ（2009年岡崎）、日本生理学会大会（2010年盛岡）に参加・発表した。

④岡田泰伸所長
　2008年にウズベキスタン国立大学（タシュケント）を約1週間訪問し、学長と今後の学術交流の打合せと行い、生物学部でのレクチャーに参加し、ウズベキスタン科学アカデミー生理学・生物物理学研究所で開催されたウズベキスタン生理学会大会で総会講演を行うと共に、同研究所で研究討論を持った。

３．大学院生の共同研究参加と総研大入学

ウズベキスタン国立大学の大学院生でこれまでの共同研究に参加した者は、N. Melanova、S. Rustamova、I. Dyachuk、Y. Shlyonsky、N. Tsiferovaの5名、学部学生で共同研究に参加した者は、E. Kurganov１名である。総合研究大学院大学の大学院生で共同研究に参加したのは、井上華、眞鍋健一、H.-T. Liu、A.K. Dutta、A.H. Toychiev、佐藤かお理の6名である。ウズベキスタン国立大学卒業後に総合研究大学院大学に入学して生理科学専攻で学位取得（2007年10月）したのはA.H. Toychiev１名である。本年6月に岡崎を訪問し、来年度入学のための事前面接を受けた者は、K. Erkin１名である。

４．学術情報及び資料の交換

Sabirov教授による生理研での多数回のセミナーや、岡田所長によるタシュケントにおける講演やセミナーや講義は細胞容積調節メカニズム、細胞死誘導メカニズムやアニオンチャネル生理学に関する最新の知識と情報を与え、研究者のみならず大学院生・学部学生にも大きな刺激を与えた。共同研究には多数の大学院生・学部学生が参加し、パッチクランプ法、スマートパッチ法、細胞内ATP濃度定量的モニター法などの最新技術を習得した。中央アジア植物相の豊富な（8000種におよぶ）植物群から抽出・単離した多種類（これまで2500種以上）の生物活性化学物質の情報がウズベキスタンから提供され、これに基づく共同研究を開始したばかりである。

５．今後の学術交流とその更新の必要性

生理研とウズベキスタン国立大学との間では、これまでと同様の研究者招聘・派遣を含めた密な共同研究を継続・発展させていきたい。特に、未同定の2種アニオンチャネルの分子同定のプロジェクトや、中央アジア植物由来生物活性化学物質からのアニオンチャネル特異的ブロッカーの探索プロジェクトは始まったばかりであり、その継続・発展が両機関研究者から強く望まれている。同大学卒業生を総研大生理科学専攻に受け入れ、生理研複数部門と同大学との新たな共同研究の立ち上げも計って行きたい。

ウズベキスタン国立大学は図1にあるように、同じタシュケントにあるウズベキスタン科学アカデミーの35の研究所から構成される3つの研究所コンプレックスと強固な連携・協力関係を、あたかも総研大と各基盤機関との間の関係のように、構築している。その中の1つであるInstitute of Physiology and Biophysics (IPB)と生理研は個別的な学術交流協定を今年秋に締結し、共同研究・学術交流を更に強力に推し進めたいと考えている。IPBは固有の大学院課程をもっており、そこからの大学院生の受け入れも行っていきたい。

図1にあるように、ウズベキスタン国立大学にはPhysics、Computer Technologies、Chemistry、Biology and Soil Science といったFacultyがあり、それらはNuclear Physics、Material Sciences、Astronomy、Energetics、Physico-Technical、Biochemistry、Microbiology、Zoology、Botany、Genetics and Experimental Plant Biology、Chemistry of Plant Substances、Bioorganic Chemistry、Chemistry of PolymersなどのInstitutesと強い連携・協力関係を結んでいる。その関係は双方向的であり、国立大学がアカデミー研究所に若い研究者人材を送り、アカデミー研究所の優れた研究インフラを使用し、アカデミー研究者が国立大学で（多くの場合客員教員として）教育を行っている。このように国立大学とアカデミー研究所がカバーする研究分野から見れば、自然科学研究機構の生理研のみならず分子研、基生研、核融合研、天文台のいずれもが学術交流できる条件を有している。ウズベキスタンの学生達は、ソビエト／ロシアの教育体系の影響もあり、物理・数学に大変強く、真面目で勉強熱心であり、これらの優れた人材を機構の5機関が受け入れていくことが強く推奨され、そのためにも本学術協定の5年間の延長・更新が有益かつ必要である。

図1．ウズベキスタン国立大学とウズベキスタン科学アカデミーの関係の模式図

6.文献リスト：2005年以降の共同研究成果
Full papers:

  1. Zamaraeva MV, Sabirov RZ, Maeno E, Ando-Akatsuka Y, Bessonova SV, Okada Y. (2005) Cells die with increased cytosolic ATP during apoptosis: A bioluminescence study with intracellular luciferase. Cell Death & Differentiation 12: 1390-1397.
  2. Sabirov RZ, Okada Y (2005) ATP release via anion channels. Purinergic Signalling 1: 311-328.
  3. Sabirov RZ, Sheiko T, Liu H, Deng D, Okada Y, Craigen WJ (2006) Genetic demonstration that the plasma membrane maxi-anion channel and voltage-dependent anion channels (VDACs) are unrelated proteins. Journal of Biological Chemistry 281: 1897-1904.
  4. Liu HT, Tashmukhamedov BA, Inoue H, Okada Y, Sabirov R (2006) Roles of Two Types of Anion Channels in Glutamate Release from Mouse Astrocytes under Ischemic or Osmotic Stress. Glia 54: 343-357.
  5. Zamaraeva MV, Sabirov RZ, Manabe K, Okada Y (2007) Ca2+-dependent glycolysis activation mediates apoptotic ATP elevation in HeLa cells. Biochemical and Biophysical Research Communications 363: 687-693.
  6. Liu HT, Toychiev AH, Takahashi N, Sabirov RZ, Okada Y (2008) Maxi-anion channel as a candidate pathway for osmosensitive ATP release from mouse astrocytes in primary culture. Cell Research 18: 558-565.
  7. Liu HT, Sabirov RZ, Okada Y (2008) Oxygen-glucose deprivation induces ATP release via maxi-anion channels in astrocytes. Purinergic Signalling 4: 147-154.
  8. Dutta AK, Korchev YE, Shevchuk AI, Hayashi S, Okada Y, Sabirov RZ (2008) Spatial distribution of maxi-anion channel on cardiomyocytes detected by smart-patch technique. Biophysical Journal 94: 1646-1655.
  9. Dyachuk IV, Bessonova SV, Okada Y, Sabirov RZ (2008) Investigation of glutathione release from thymocytes of rats under osmotic stress. Acta NUU 4: 35-37 (in Russian).
  10. Okada Y, Sato K, Toychiev AH, Suzuki M, Dutta AK, Inoue H, Sabirov RZ (2009) The puzzles of volume-activated anion channels. ``Physiology and Pathology of Chloride Transporters and Channels in the Nervous System. From Molecule s to Diseases'' (eds. Alvarez-Leefmans FJ, Delpire E), Elsevier, San Diego, pp 283-306.
  11. Toychiev AH, Sabirov RZ, Takahashi N, Ando-Akatsuka Y, Liu HT, Shintani T, Noda M, Okada Y (2009) Activation of the maxi-anion channel by protein tyrosine dephosphorylation. American Journal of Physiology Cell Physiology 297: C990-C1000.
  12. Liu HT, Akita T, Shimizu T, Sabirov RZ, Okada Y(2009) Bradykinin-induced astrocyte-neuron signalling: glutamate release is mediated by ROS-activated volume-sensitive outwardly rectifying anion channels. Journal of Physiology 587: 2197-2209.
  13. Sabirov RZ, Okada Y (2009) The Maxi-Anion Channel: A classical channel playing novel roles through an unidentified molecular entity. Journal of Physiological Sciences 59: 3-21.
  14. James AF, Sabirov RZ, Okada Y (2010) Clustering of protein kinase A-dependent CFTR chloride channels in the sarcolemma of guinea-pig ventricular myocytes. Biochemical and Biophysical Research Communications 391: 841-845.
  15. Kurbannazarova RSh, Okada Y, Merzlyak PG, Tashmukhamedov BA, Sabirov RZ (2010) Properties of the maxi-anion channel on the plasma membrane of thymocytes. Proceedings of Uzbekistan Academy of Sciences (in press) (in Russian).
  16. Kurbannazarova RSh, Okada Y, Merzlyak PG, Tashmukhamedov BA, Sabirov RZ (2010) Characteristics of anion channel of intermediate conductance activated at the membrane of thymocytes under hypoosmotic stress. Uzbekistan Biological Journal (in press) (in Russian).
  17. Melanova NR, Kurbannazarova RSh, Merzlyak PG, Okada Y, Tashmukhamedov BA, Sabirov RZ (2010) Release of glutathione from thymocytes in normal conditions and under hypoosmotic stress. Proceedings of Uzbekistan Academy of Sciences (in press) (in Russian).

その他、Published Abstracts 25報、詳細は略す。

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