イオンチャネルの形態形成への貢献.骨の発達におけるKir2.1の役割からの洞察

Ion Channel Contributions to Morphological Development: Insights From the Role of Kir2.1 in Bone Development.

• Yunus H Ozekin
• Trevor Isner
• Emily A Bates

抄録

神経細胞や筋肉におけるイオンチャネルの役割はよく知られている。しかし、最近の研究では、多様な細胞タイプにおけるイオンチャネルの存在と形態形成への必要性の両方が実証されています。例えば、ハエ、カエル、魚、マウス、ヒトなどでは、イオンチャネルを破壊する変異が異常な構造発生を引き起こすことが明らかになっています。また、イオンチャネルを標的とした薬剤や娯楽薬は、ヒトでは先天性欠損症の発生率が高くなることが知られている。このレビューでは、てんかん治療薬（トピラマート、バルプロ酸塩、エトスクイミド、フェノバルビタール、フェニトイン、カルバマゼピン）、ニコチン、熱、カンナビノイドを含むいくつかの催奇形性物質が発生に及ぼす影響を明らかにする。次に、これらの催奇形性物質とイオンチャネルとの間の潜在的な関連性を、モデル生物からの機序的洞察を用いて提案する。最後に、形態形成における重要なプロセスを明らかにするためにイオンチャネルがどのように利用できるかの一例として、骨の形成と発達における特定のイオンチャネルKir2.1の役割について述べる。イオンチャネルは現在使用されている多くの薬剤の共通の標的であるため、イオンチャネルが形態形成にどのように影響を与えるかを理解することは、先天性欠損症の予防のために重要である。イオンチャネルは、これまで興奮性とされてきた組織以外にも機能的な役割を持っていることがますます明らかになってきています。

The role of ion channels in neurons and muscles has been well characterized. However, recent work has demonstrated both the presence and necessity of ion channels in diverse cell types for morphological development. For example, mutations that disrupt ion channels give rise to abnormal structural development in species of flies, frogs, fish, mice, and humans. Furthermore, medications and recreational drugs that target ion channels are associated with higher incidence of birth defects in humans. In this review we establish the effects of several teratogens on development including epilepsy treatment drugs (topiramate, valproate, ethosuximide, phenobarbital, phenytoin, and carbamazepine), nicotine, heat, and cannabinoids. We then propose potential links between these teratogenic agents and ion channels with mechanistic insights from model organisms. Finally, we talk about the role of a particular ion channel, Kir2.1, in the formation and development of bone as an example of how ion channels can be used to uncover important processes in morphogenesis. Because ion channels are common targets of many currently used medications, understanding how ion channels impact morphological development will be important for prevention of birth defects. It is becoming increasingly clear that ion channels have functional roles outside of tissues that have been classically considered excitable.

Copyright © 2020 Ozekin, Isner and Bates.