イオンチャネル ハイスループットなマイクロプレートフォーマットで神経突起伸長を評価
イオンチャンネルとは
イオンチャネルとは、細胞膜にある孔のことです。これにより不透過性の脂質細胞膜をイオンが通過します。イオンチャンネルを通したカルシウムやカリウム、ナトリウムの流れは、心臓の筋収縮、膵臓のインスリン分泌、痛みなどの神経系におけるインパルスの伝達やT細胞の活性化など、多くの細胞プロセスにおいて非常に重要です。イオンチャネルはGPCRとは異なり、膜電位(内外電位の差)だけでなく、膜を横切るイオン濃度差に応じて、平衡に向かう受動的なイオン流を促進します。
創薬におけるイオンチャネルのハイスループットスクリーニング
イオンチャネル遺伝子の変異は、イオンの流れを変化させ、電気化学的バランスを乱す可能性があります。イオンチャネルの異常は、てんかん、運動失調症、糖尿病、不整脈、癌を含む様々な疾患と関連しているため、イオンチャネルは創薬においてますます重要になってきています。
イオンチャネルは、GPCRに次いで2番目に大きな膜タンパク質のクラスであり、ヒトゲノム研究において400以上のタンパク質ファミリーが同定されています。
薬物スクリーニング・ソリューションは、薬物によるイオン濃度変化とイオンチャネル透過性を追跡するのに役立ちます。さらに重要なのは、イオンチャネルに対する薬物のオフターゲット効果は心毒性につながる可能性があるため、イオンチャネル活性のモニタリングは薬物の細胞毒性を評価するために必要であるということです。実際、FDAが承認した薬剤の中には、このような理由で承認取り消しを余儀なくされたものも少なくありません。
膜電位
従来、膜電位の変化の測定にはパッチクランプ法が使われてきました。この方法は最も情報量が多い一方、労力と時間が非常にかかり、イオンチャネルのハイスループット・ドラッグスクリーニングには適しません。
モレキュラーデバイスは、膜電位の変化を検出するための迅速で簡便かつ信頼性の高い蛍光アッセイ法を提供するために、FLIPR® Membrane Potential Assay Kitを開発しました。このアッセイは、パッチクランプ法に匹敵するレベルの情報を提供します。FLIPRシステムと組み合わせることで、イオンチャネル薬物ターゲットのハイスループットスクリーニングを合理化するシステムを提供します。
カリウムチャネル
カリウムチャネルは、イオンチャネルの中で最も多様なグループを構成し、ほぼすべての細胞種に発現します。また膜電位の維持や調節、塩分やホルモン、神経伝達物質の分泌など、様々な細胞機能を担っています。カリウムチャネルの機能障害は、多くのヒト疾患と関連しており、カリウムチャネルに対する標的外薬物作用は、心臓毒性にも関連しているという事実も驚くべきことではありません。
FLIPR® Potassium Assay Kitは、FLIPRシステム上でリガンドおよび電位依存性カリウムチャネルの機能活性を測定します。均一で迅速かつ信頼性の高い蛍光ベースのカリウムチャネル活性のハイスループットアッセイです。
イオンチャネル支援する製品・サービス
-
FLIPR Penta
ハイスループットセルベーススクリーニングシステムリード化合物の同定および化合物の安全性評価を目的とした
ハイスループットカイネティックスクリーニングに理想的なシステム -
SpectraMax iD3/iD5
マルチモードマイクロプレートリーダー大型タッチスクリーンを備えた高感度マイクロプレートリーダー
-
ImageXpress Micro 4
ハイコンテント イメージングシステム設定可能なハイスループットのワイドフィールドイメージングソリューション
-
ImageXpress Micro Confocal
ハイコンテントイメージングシステム1週間に100万ウェルを超えるイメージングが可能な、ユニークな共焦点イメージングソリューション
-
FlexStation 3
マルチモードマイクロプレートリーダーイオンチャネル・GPCR活性の測定に威力を発揮する
自動マルチチャンネルピペッター搭載マルチマイクロプレートリーダー -
SpectraMax i3x
マルチモードマイクロプレートリーダー研究ニーズに合わせて進化できるマイクロプレートリーダー
イオンチャネル標的に対する早期リード化合物を同定するためのソリューション
モレキュラーデバイスは、アッセイキット、細胞スクリーニングおよびイメージングシステム、マイクロプレートリーダーなど、イオンチャネル機能の研究をサポートする様々なアッセイおよびインストゥルメンテーションソリューションを提供しています。
以下では、膜電位およびカリウムチャネルアッセイの主要アプリケーションノートをご紹介します:
-
hERGチャネル遮断薬の特性
ヒトエーテル・ア・ゴーゴー関連遺伝子(hERG)イオンチャネルの薬剤誘発性阻害は、致死的な心室頻拍性不整脈であるトルサード・ド・ポアンティーズに対する患者の感受性に関係しています。近年、多くのFDA承認薬が、hERGに対するオフターゲット作用のために市場から撤退しました。その結果、創薬プロセスの早い段階でhERGチャネルを遮断する化合物を同定する必要性が高まっています。ここでは、hERG化合物の活性を調べるためのFLIPRシステム上のFLIPRカリウムアッセイキットの有用性を紹介します。
FLIPR Tetraシステムを用いたFLIPRカリウムアッセイキットによるhERGチャネルブロッカーの特性評価 > -
光遺伝学的手法を用いたCav1.3チャネルアッセイの開発
Cav1.3はL型電位依存性カルシウムチャネルであり、創薬の重要な治療標的です。多くの薬剤がCav1.3チャネルに対して状態依存的な作用を示すことが示されています。つまり、これらの薬剤の効力は、膜電圧(Vm)とそれに伴うチャネルの状態(開、閉、不活性化)の変化に応じて変化します。このことは、病的に過剰活性化されたCav1.3チャネルに高い性をもたらすと考えられるため、異なる状態下でチャネル遮断薬を評価するハイスループットなアッセイの開発に対する需要が高まっています。
Cav1.3チャネルの現在のスクリーニング法には、電気生理学的方法と、膜電位を調節するためのカリウムチャレンジを用いた蛍光測定法がありますが、どちらの方法にも大きな限界があります。
本研究では、FLIPRシステムを用いてVmを可逆的かつ高精度に制御し、状態依存性カルシウムチャネルブロッカーをスクリーニングしており、光遺伝学的ツールの新しい有用性を示しています。
FLIPR Tetraシステムを用いた光遺伝学的手法によるCav 1.3チャネルアッセイの開発 > -
細胞を用いたカリウム-塩化物トランスポーターアッセイの開発
細胞内のカリウムイオンチャネルの機能評価は、特に心臓の安全性に関わる創薬プロセスにおいて極めて重要です。FLIPR® Potassium Assay Kitは、電圧ゲートおよびリガンドゲートのカリウム(K+)チャネルを介したタリウムイオン(Tl+)の透過性を利用します。このアッセイでは、新規の高感度Tl+インジケーター色素が、開口状態のカリウムチャネル数に比例した明るい蛍光シグナルを発し、カリウムチャネル活性の機能的指標を提供します。
FLIPRカリウムアッセイキットを用いた細胞ベース塩化カリウムトランスポーターアッセイの開発 > -
リガンドゲートイオンチャネル(LGIC)
リガンドゲートイオンチャネル(LGIC)は、神経伝達物質などのリガンドの結合に応答して、膜を介したイオンの通過を可能にする膜埋め込みタンパク質の大きなファミリーです。LGICは多くの生理学的機能において極めて重要な役割を担っており、また多くのヒト疾患と関連していることから、非常に魅力的な創薬標的の一つでもあります。
新規Ca 2+検出色素を用いた自動パッチクランプとFLIPRによるTRPV1とASIC1のリガンド依存性イオンチャネルの検証 >
自動パッチクランプシステムによるリガンドおよび電位依存性イオンチャネルのアッセイ開発 >
FLIPRカルシウムアッセイキット >
FLIPRカリウムアッセイキット > -
膜電位の測定
本アプリケーションノートでは、FLIPR膜電位測定キットを用いてFLIPRシステムで膜電位アッセイを実施するための基本的なプロトコルと、アッセイの最適化やトラブルシューティングのための重要なパラメータについて説明します。
FLIPR膜電位アッセイキットは、FLIPRシステムを用いたハイスループットスクリーニングにおいて、パッチクランプ法に匹敵する有益なデータを得ることができます。
FLIPR®膜電位アッセイキットを用いた蛍光イメージングプレートリーダー(FLIPR)システムでの膜電位測定 > -
膜電位アッセイ
筋肉細胞や心臓細胞などの膜電位(細胞膜を横切る電圧)の変化は、細胞に治療効果や悪影響を及ぼす可能性があります。電圧感受性色素は、細胞膜を横切って変化する膜電位を測定するのに使用できます。色素強度の増加は電圧の上昇を示し、シグナルの減少は膜電位の低下を反映します。チャネルがブロックされると、色素からの蛍光シグナルは減少します。これは、潜在的なチャネル開口薬や遮断薬を同定するために、多数の化合物をスクリーニングするための間接的な方法です。
FLPR膜電位アッセイキットを用いたNaV1.5チャネルアッセイの最適化 >
フルオロメトリックイメージングプレートリーダー(FLIPR)システムでFLIPR膜電位アッセイキットを用いた膜電位の測定 >
FLIPR Tetraシステムを用いた光遺伝学的手法によるCaV1.3チャネルアッセイの開発 > -
NaV1.5チャネルアッセイ
の最適化電位依存性イオンチャネルは、心臓、骨格筋、脳、神経細胞の興奮性細胞膜に存在します。このようなチャネルを遮断または調節することは、治療効果をもたらすこともあれば、正常な細胞機能を阻害することもあります。そのため、電位依存性イオンチャネルに作用する化合物は創薬の重要なターゲットとなります。
FLIPR® 膜電位アッセイキットは、イオンチャネルの活性化やイオントランスポータータンパク質に関連した膜電位変化をリアルタイムで観察するための、ホモジニアス蛍光ベースの製剤です。
FLIPR膜電位アッセイキットを用いたNaV1.5チャネルアッセイの最適化 > -
カリウムアッセイ
細胞内のカリウムイオンチャネルの機能評価は、創薬プロセス、特に心臓の安全性に関わるプロセスにおいて極めて重要です。FLIPR® Potassium Assay Kitは、電圧ゲートおよびリガンドゲートの両方のカリウム(K+)チャネルを介したタリウムイオン(Tl+)の透過性を利用します。このアッセイでは、新規の高感度Tl+インジケーター色素が、開口状態のカリウムチャネル数に比例した明るい蛍光シグナルを発し、カリウムチャネル活性の機能的な指標を提供します。
FLIPRカリウムアッセイキットを用いた細胞ベース塩化カリウムトランスポーターアッセイの開発 > -
ハイスループットスクリーニングのためのカリウムイオンチャネルアッセイ
カリウムチャネルは、膜電位の維持・調節、塩類・ホルモン・神経伝達物質の分泌など、様々な細胞機能を担っています。カリウムチャネルの機能障害は、多くのヒト疾患と関連しており、カリウムチャネルに対するオフターゲット薬物作用は心臓毒性に関連しています。このような重要な生理機能と薬物誘発毒性への関与から、カリウムチャネルは製薬業界で盛んに研究されています。特に細胞ベースの機能アッセイは、より生理学的に適切な結果が得られるため、ますます活用が進んでいます。K+イオンチャネル活性をハイスループットで測定することには課題があるため、カリウムチャネル活性の代用測定として、タリウム感受性蛍光色素へのタリウムの結合を利用する蛍光測定法が広く採用されています。
ハイスループットスクリーニングのためのカリウムイオンチャネルアッセイ >