「視細胞」の版間の差分

DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2018年5月25日　原稿完成日：201X年X月X日<br>

　[[脊椎動物]]の[[網膜]]には、５種類の[[神経細胞]]（視細胞、[[双極細胞]]、[[水平細胞]]、[[アマクリン細胞]]、[[神経節細胞]]）が３層の細胞層を形成している('''図1''')。瞳孔を通って眼球内に入射した光は、他の二つの細胞層を透過した後、もっとも外側の層にシート状に並んでいる視細胞層に到達する。視細胞は光受容細胞の一種であり、動物が物を見るとき、光シグナルを神経情報へと変換する働きを担っている。

　脊椎動物の網膜には、[[桿体]]と[[錐体]]の二種類の視細胞が存在する('''図2''')<ref>'''Schultze M'''<br>Zur Anatomie und Physiologie der Retina.<br>''Archiv für mikroskopische anatomie'', 1866, Band 2, 175-286. [[ファイル:Schultze1866_Article_ZurAnatomieUndPhysiologieDerRe.pdf|PDF]]</ref><ref>''''''Stabell B, Stabell B''''''<br>Duplicity Theory of Vision: From Newton to the Present <br>''Cambridge University Press'', 2013, ISBN-13: 978-1107412842</ref><ref><pubmed> 18026166</pubmed></ref>[1][2][3]。

 

 

 

　どちらの細胞も、光に対しては[[過分極]]性の応答をする。応答の際には[[活動電位]]を発生せず、刺激の強度に応じて連続的に[[膜電位]]が変化する（漸増的膜電位変化）。（この文章は、下の光応答形成の分子メカニズムにもって行ってもいいのではないかと思います）。

 

　光を効率的に吸収するために、外節内には大量の光受容タンパク質（[[視物質]]）が埋め込まれた膜がぎっしりと積み重なっている。桿体では、円筒状の外節の内部に円板膜と呼ばれる平たく潰れた袋状の構造が積み重なっている。錐体においては、繰り返し貫入した形質膜（細胞膜）がラメラ状に積み重なっている。この構造のため、外節内の視物質の濃度は非常に高い（約3ｍM)<ref><pubmed> 808586 </pubmed></ref>[4]。光を吸収した視物質は、膜電位の変化（光応答）につながる連鎖的な酵素反応（細胞内情報伝達）を引き起こす。

　外節は、結合繊毛と呼ばれる部分を介して内節につながっている。内節には[[ミトコンドリア]]が高濃度で存在するほか、[[小胞体]]や[[ゴルジ体]]など、細胞の生存・機能維持に必須の[[細胞内小器官]]が存在する。

　脊椎動物の視細胞が光に応答して膜電位が変わる仕組み(phototransduction mechanism) は、光情報伝達機構、あるいは光シグナル変換機構と呼ばれる('''図3''')<ref><pubmed> 8382952 </pubmed></ref><ref><pubmed> 17226052 </pubmed></ref><ref><pubmed> 18514002 </pubmed></ref>[5][6][7]。この機構は、複数の反応から成り立っている。

　cGMP依存性カチオンチャネルの50%が開くcGMPの濃度(k_1/2)は10-30μMであり、光を受容する前の外節内のcGMP濃度はそれよりも大幅に低い（数μM)。このため、光を受容していないときにおいても開いているチャネルの割合はごくわずか（１％程度）であり、これが閉じることで光応答が生じる。このような仕組みにより、視細胞はcGMPの合成量を節約でき、また、cGMPの濃度変化に対する膜電位変化の割合一定に保てる、と考えられている<ref><pubmed> 2467600 </pubmed></ref>[8]。

　視細胞の順応は、光を受容した際に外節で生じる細胞内Ca²⁺濃度の変化によって主にもたらされていることが知られている<ref><pubmed> 11152756 </pubmed></ref>[9]。細胞内Ca²⁺濃度は、視細胞が光を受容していないとき（暗時）に最も高く、光を受容したとき（明時）に低くなる。

　視細胞が光を受容すると、光情報伝達機構によりcGMP依存性カチオンチャネルが閉じるので、Ca²⁺イオンの流入量が減少する。その一方で、Na⁺/K⁺-Ca²⁺交換ポンプによる汲み出しは光に関係なく常に一定で働きつづける。したがって、光を受容する前と比べて外節内Ca²⁺濃度は低下する<ref><pubmed> 7524559 </pubmed></ref>[10]。強い光を連続して受容した場合には数nMにまで低下する。

=== S-モジュリン ===

　S-モジュリン（リカバリン）は、Ca²⁺濃度が高い時（暗時）に受容体キナーゼの働きを阻害する。このため、活性型視物質をリン酸化により不活性化する反応が抑制される。その結果、暗時には光情報伝達過程の働きが長く続き、大量のcGMPが分解され、大きく長い細胞応答が生じる。一方、明時にはS-モジュリンはCa²⁺非結合型となり、受容体キナーゼから解離する。このため、受容体キナーゼは効率よく活性型視物質を不活性化することが出来、結果として応答は大きくならず速やかに終息する<ref><pubmed> 1846944 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15882641 </pubmed></ref><ref><pubmed> 25673692 </pubmed></ref>[11][12][13]。

=== GCAP ===

　Ca²⁺濃度が低いとき（明時）にグアニル酸シクラーゼを活性化する働きをする。この働きにより外節内のcGMPの濃度の回復が速やかに生じるので、暗時と比べて応答の持続時間は短く、応答も小さくなる<ref><pubmed> 7559656 </pubmed></ref><ref><pubmed> 11493703 </pubmed></ref>[14][15]。

=== カルモジュリン ===

[[ファイル:Tachibanaki Fig4.png|サムネイル|'''図4. 桿体・錐体の光に対する応答の違い'''<br>'''上.''' 桿体と錐体（赤感受性錐体）の応答の記録。吸引電極法と呼ばれる方法により、外節の形質膜を横切って流入する電流を測定した。様々な強度の刺激光（フラッシュ光）に対する応答を重ね書きして示してある。刺激が強くなるにつれ、応答は大きくなる。錐体の応答は桿体より短い。応答が飽和すると、電流は０になる(Copyright (2008) Elsevier)<br>'''下.''' コイの桿体及び錐体に与えた光の強度と応答のピークの大きさの関係をプロットした（刺激応答曲線）。桿体の方が錐体よりも弱い光で応答できる（すなわち、感度が高い）。(Copyright (2001) National Academy of Sciences)]]

　桿体と錐体の応答形成メカニズムは相同であるが、応答形成メカニズムに関わる酵素の多くについて、桿体では桿体型、錐体では錐体型の酵素が発現している。このため、錐体と桿体では応答形成に関わる酵素反応の速度・効率が異なる[7]。たとえば、桿体では錐体よりも視物質によるトランスデューシンの活性化の効率が高い<ref><pubmed> 23045532 </pubmed></ref>[17]。また、応答を停止させる反応の効率は、錐体の方が高い<ref>'''Kawamura S, Tachibanaki S.''' <br>

Explaining the functional differences of rods versus cones <br>

''WIREs Membr Transp Signal'' 2012, 1:675–683

</ref>[18]。このような違いにより、桿体と錐体の応答特性は異なってくると考えられる。