内向き整流器カリウムチャネルのスクリーニング技術新しいブロッカーと活性化剤の発見

Screening Technologies for Inward Rectifier Potassium Channels: Discovery of New Blockers and Activators.

• Kenneth B Walsh

抄録

Kチャネルは、細胞の安静時膜電位を設定し、活動電位の形状と持続時間を決定することにより、興奮性細胞の正常な電気的活動を維持する上で重要な役割を果たしています。非興奮性細胞では、Kチャネルは、体液の塩分および体積の恒常性を維持するために必要な電気化学的勾配を確立する。内向き整流器Ｋ（Ｋｉｒ）チャネルは、典型的には、外向き電流よりも大きな内向き電流を伝導し、結果として、電流対電圧の関係を内向きに整流する。この内向き整流の特性は、細胞内の多価陽イオンによるチャネルの電圧依存的なブロックに起因しており、これらのチャネルは、K平衡電位(E)付近の安静時電位を維持するように特異的に設計されている。Ｋｉｒファミリーのチャネルは、古典的な内向き整流器（Ｋｉｒ2.x）チャネル、Ｇ蛋白質ゲート内向き整流器Ｋ（ＧＩＲＫ）（Ｋｉｒ3.x）、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）感受性（Ｋ）（Ｋｉｒ6.x）チャネル、および腎Ｋｉｒ1.1（ＲＯＭＫ）、Ｋｉｒ4.1、およびＫｉｒ7.1チャネルを含む７つのチャネルのサブファミリー（Ｋｉｒ1.x〜Ｋｉｒ7.x）で構成されている。これらのチャネルは、電気・電解質輸送活性を制御するだけでなく、Gタンパク質共役型受容体（GPCR）のエフェクター分子や細胞代謝の分子センサーとしても機能しています。特に、Kirチャネルは、心臓不整脈、不安、慢性疼痛、高血圧など、多くの臨床症状を治療するための有望な薬理学的ターゲットとなっている。本レビューでは、Kirチャネルの構造、機能、薬理学について簡単な背景を説明した後、Kirチャネルの創薬に用いられる膜電位感受性蛍光色素アッセイ、イオンフラックス測定、自動パッチクランプシステムなど、現在のハイスループットスクリーニング（HTS）技術の説明と評価に焦点を当てています。

K channels play a critical role in maintaining the normal electrical activity of excitable cells by setting the cell resting membrane potential and by determining the shape and duration of the action potential. In nonexcitable cells, K channels establish electrochemical gradients necessary for maintaining salt and volume homeostasis of body fluids. Inward rectifier K (Kir) channels typically conduct larger inward currents than outward currents, resulting in an inwardly rectifying current versus voltage relationship. This property of inward rectification results from the voltage-dependent block of the channels by intracellular polyvalent cations and makes these channels uniquely designed for maintaining the resting potential near the K equilibrium potential (E). The Kir family of channels consist of seven subfamilies of channels (Kir1.x through Kir7.x) that include the classic inward rectifier (Kir2.x) channel, the G-protein-gated inward rectifier K (GIRK) (Kir3.x), and the adenosine triphosphate (ATP)-sensitive (K) (Kir 6.x) channels as well as the renal Kir1.1 (ROMK), Kir4.1, and Kir7.1 channels. These channels not only function to regulate electrical/electrolyte transport activity, but also serve as effector molecules for G-protein-coupled receptors (GPCRs) and as molecular sensors for cell metabolism. Of significance, Kir channels represent promising pharmacological targets for treating a number of clinical conditions, including cardiac arrhythmias, anxiety, chronic pain, and hypertension. This review provides a brief background on the structure, function, and pharmacology of Kir channels and then focuses on describing and evaluating current high-throughput screening (HTS) technologies, such as membrane potential-sensitive fluorescent dye assays, ion flux measurements, and automated patch clamp systems used for Kir channel drug discovery.