「シンタキシン」の版間の差分

DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2015年12月22日　原稿完成日：2015年2月4日<br>

{{box|text=　シンタキシンは、開口放出を含め細胞内小胞輸送において膜融合に関わるタンパク質ファミリーおよびそのメンバーである。ヒトを含む哺乳類では、少なくとも16種類のアイソフォームが同定されている。基本的に分子の大部分を細胞質に向けて存在する非常にαへリックスに富んだ分子量約35,000の膜タンパク質である。多くのアイソフォームは脳を含め広く生体内に分布している一方で、脳に特異的に発現するものもある。神経細胞におけるシンタキシンの役割はアイソフォームによって異なり、神経伝達物質の開口放出、カルシウムチャネルの機能調節、シナプス後膜へのグルタミン酸受容体の輸送調節、神経突起の伸長など多岐にわたる。脳での発現が認められていないアイソフォームもあるが、それらを含めシンタキシンファミリーについて概説するとともに、神経機能に重要な役割を果たしているアイソフォームを中心に詳しく説明する。}}

| image = 1br0.pdb

　シンタキシンは、細胞内[[小胞輸送]]において膜融合をつかさどるタンパク質ファミリーおよびそのメンバーである。最初に同定されたアイソフォームは、[[シナプス小胞]]タンパク質[[シナプトタグミン]]と結合する分子量約35,000の[[膜タンパク質]]p35Aおよびp35Bとして[[ラット]]脳から単離された<ref name=ref2><pubmed>1321498</pubmed></ref>。両者は異なる遺伝子によりコードされているが、どちらも288個のアミノ酸からなり、その配列は約80%の相同性をもつ。[[シナプス]]小胞のドッキングと[[開口放出]]に関わるとの予測から、「順番に整理して一緒に並べること」を意味する古代ギリシャ語σψνταξισ (syntaxis) にちなみシンタキシンsyntaxinと命名された。ほぼ同時期に複数のグループにより同定されたので、HPC-1<ref><pubmed>1587842 </pubmed></ref>あるいはsynaptocanalin<ref><pubmed>9137572</pubmed></ref>とも呼ばれる。

 

　[[ヒト]]では少なくとも16種類のアイソフォームが存在し、そのうちの多くが[[線虫]]から[[哺乳類]]に至るまで進化的に保存されている（'''図1'''、'''表'''）<ref name=ref7><pubmed>11737951</pubmed></ref>。なお、シンタキシン12、13、および14はオルソログである。また、ESTデータベースの検索結果から2種類のcDNA断片がシンタキシンのアイソフォームとして同定され、それぞれシンタキシン9（[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nucest/1721869/?report=genbank AA150357]）および15（[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nucest/1875469/ AA244750]）と命名されている<ref><pubmed>9144278</pubmed></ref>。

|+ 表．シンタキシンアイソフォームの発現分布と主な[[動物]]種のホモログのGENE ID

|style="background-color:#d3d3d3; text-align:center" |[[マウス]]

|style="background-color:#d3d3d3; text-align:center" |[[ラット]]

|style="background-color:#d3d3d3; text-align:center" |[[ショウジョウバエ]]

|<b>[[シンタキシン1A|1A]]</b><ref name=ref2><pubmed>1321498</pubmed></ref>

|神経組織、[[分泌]]組織

|<b>[[シンタキシン1B|1B]]</b><ref name=ref2><pubmed>1321498</pubmed></ref>

|[[シンタキシン2|2]]<ref name=ref9><pubmed>7690687</pubmed></ref>

|<b>[[シンタキシン3|3]]</b><ref name=ref9><pubmed>7690687</pubmed></ref>

|<b>[[シンタキシン4|4]]</b><ref name=ref9><pubmed>7690687</pubmed></ref>

|[[シンタキシン5|5]]<ref name=ref9><pubmed>7690687</pubmed></ref>

|[[小胞体]]–[[ゴルジ体]]中間区画

|<b>[[シンタキシン6|6]]</b><ref><pubmed>8663448</pubmed></ref>

|[[トランスゴルジ網]]（TGN）

|<b>[[シンタキシン7|7]]</b><ref><pubmed>9358037</pubmed></ref>

|初期および後期[[エンドソーム]]

|<b>[[シンタキシン8|8]]</b><ref name=ref13><pubmed>9852078</pubmed></ref>

|初期および[[後期エンドソーム]]

|[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/?term=9482 9482]

|[[シンタキシン10|10]]<ref><pubmed>9446797</pubmed></ref>

|トランス[[ゴルジ]]網（TGN）

|[[シンタキシン11|11]]<ref><pubmed>9571206</pubmed></ref>

|<b>[[シンタキシン12|12]]</b><ref><pubmed>9507000</pubmed></ref>/<b>[[シンタキシン13|13]]</b><ref><pubmed>9553086</pubmed></ref>/[[シンタキシン14|14]]

|<b>[[シンタキシン16|16]]</b><ref><pubmed>9464276</pubmed></ref>

|<b>[[シンタキシン17|17]]</b><ref name=ref13><pubmed>9852078</pubmed></ref>

|<b>[[シンタキシン18|18]]</b><ref><pubmed>10788491</pubmed></ref>

|[[シンタキシン19|19]]

[[ファイル:Syntaxin Fig1.png|300px|サムネイル|右|'''図2. 代表的なシンタキシンのドメイン構造''']]

　アイソフォーム6、8、10以外のシンタキシンは、アミノ末端に[[Munc-18]]との結合に関わる約20のアミノ酸残基からなるNペプチドモチーフをもつ（後述）<ref><pubmed>21139055</pubmed></ref>。

　アミノ末端側のHabcと呼ばれるドメインでは、3本の[[wj:αへリックス|αへリックス]]が逆平行に結合し束になっている<ref name=ref1><pubmed>9753330</pubmed></ref><ref><pubmed>10913252</pubmed></ref>。Habcに続くリンカーはフレキシブルで<ref><pubmed>12680753</pubmed></ref>、Habcは次のH3ドメインに折り重なることよりシンタキシンの膜融合能を制御する負の調節ドメインとして働く<ref><pubmed>10535962</pubmed></ref>。

　シンタキシンのカルボキシ末端側3分の1は、膜融合能を発揮するのに必要最小限の領域である。SNAREモチーフを含むH3ドメインは対になる他のSNAREと結合し、膜融合能をもつ[[SNARE複合体]]を形成する<ref name=ref9100028><pubmed>9100028</pubmed></ref>。実際、H3ドメインと膜貫通ドメインからなるシンタキシン1の組換えフラグメントを[[SNAP-25]]ととともに再構成した人工脂質小胞は、[[シナプトブレビン]]2を再構成した人工脂質小胞と自発的に融合する<ref><pubmed>9529252</pubmed></ref>。

　神経系においてシンタキシン1は、[[大脳皮質]]、[[海馬]]、[[小脳]]、[[脊髄]]、[[網膜]]のシナプスが豊富な領域に観察される<ref><pubmed>8361334</pubmed></ref>。[[有郭乳頭味蕾]]<ref><pubmed>17447252</pubmed></ref>、[[蝸牛]]内の[[コルチ器]]<ref><pubmed>10103074</pubmed></ref>、[[松果体]]細胞<ref><pubmed>8593674</pubmed></ref> にも存在する。神経系だけでなく、発生学的にニューロンと同じ外胚葉由来の[[副腎髄質]]にも発現している<ref name=ref7818508><pubmed>7818508</pubmed></ref>。[[中枢神経系]]および[[末梢神経系]]の両方において、1Aと1Bの分布は異なる<ref><pubmed>10197765</pubmed></ref><ref><pubmed>8996803</pubmed></ref>。

　細胞内において、16種類のアイソフォームのうちシンタキシン1（AおよびB）から4までの5種類は[[形質膜]]に局在しており、残りは小胞体、[[ゴルジ体]]、トランスゴルジ網、[[エンドソーム]]などに局在している（表）。

　[[初代培養]]した海馬ニューロンにおいて、シンタキシン3は細胞体や樹状突起に加え[[成長円錐]]にも<ref name=ref44><pubmed>16598260</pubmed></ref>、シンタキシン4<ref name=ref45><pubmed>20434989</pubmed></ref>および12/13<ref name=ref46><pubmed>20098723</pubmed></ref>および16<ref><pubmed>17852734</pubmed></ref>はスパインを含め樹状突起に存在する。金魚の網膜のリボンシナプスには、シンタキシン3の選択的スプライシングアイソフォームBが発現している<ref name=ref48><pubmed>20060037</pubmed></ref>。

　シンタキシン1は、[[PKC]]および[[CaMKII]]<ref name=ref8876242><pubmed>8876242</pubmed></ref><ref name=ref9930733><pubmed>9930733</pubmed></ref> 、[[カゼインキナーゼ1]]および[[カゼインキナーゼ2|2]]<ref><pubmed> 11846792</pubmed></ref><ref name=ref2></ref><ref name=ref9930733></ref><ref><pubmed> 10844023 </pubmed></ref><ref><pubmed> 15822905 </pubmed></ref>により[[リン酸化]]される。[[PKA]]については議論が分かれている<ref name=ref8876242></ref><ref name=ref9930733></ref>。リン酸化以外に、[[ニトロ化]]<ref><pubmed> 10913827 </pubmed></ref>、[[Sニトロシル化]]<ref><pubmed>18452404</pubmed></ref>、[[パルミトイル化]]<ref><pubmed> 19508429 </pubmed></ref>を受け、[[ユビキチン]]-[[プロテアソーム]]経路により分解される<ref><pubmed>12121982</pubmed></ref>。

　シンタキシンは自身と同じ膜に局在する別のt-SNAREと結合するとともに、さらに輸送されて来る小胞に局在するv-SNAREとも結合して[[SNARE複合体]]を形成し膜融合能を発揮する。さらにシンタキシンには、[[SNARE複合体]]形成を制御するタンパク質の多くが結合する。この節では、他の分子との結合が最も良く調べられているシンタキシン１の主な結合タンパク質を紹介する。他のアイソフォームでは、シンタキシ4はF[[アクチン]]と<ref><pubmed>18285343</pubmed></ref>、シンタキシン13はシナプス後部の[[足場タンパク質]]Homer1c（別名Vesl-1L）<ref><pubmed>10833436</pubmed></ref>、NEEP21(neuron-enriched endosomal protein of 21 kDa)<ref><pubmed>12070131</pubmed></ref>、およびGRASP-1(GRIP-associated protein-1))<ref name=ref46 />と結合することが報告されている。

　シンタキシン1は、同じくt-SNAREである[[SNAP-25]]と自身のH3ドメインを介し結合する<ref name=ref9100028><pubmed>9100028</pubmed></ref>。会合比により2種類の複合体が存在する。1：1で結合したt-SNAREヘテロニ量体は、v-SNAREである[[シナプトブレビン]]（別名VAMP）と結合し[[SNARE複合体]]を形成する。一方、シンタキシン二分子に[[SNAP-25]]が一分子結合した2：1複合体（通称）は、シナプトブレビンと結合できない<ref><pubmed>9346956</pubmed></ref>。したがって、[[シナプス前終末]]の放出部位では、別の分子により1：1複合体の状態が維持されていると予想される。

[[ファイル:Syntaxin Fig.png|300px|サムネイル|右|'''図3. 開口放出前に形成されるSNARE複合体の立体構造模式図''' <br>シンタキシンは赤で描いている。緑はSNAP-25を、青はシナプトブレビンをそれぞれ示す。明らかにされているSNARE複合体とHabcドメインの立体構造に、膜貫通ドメインを表す円柱とリンカー等を表す点線を書き加えた。]]

　シンタキシン1、[[SNAP-25]]、および[[シナプトブレビン]]が1：1：1の比で結合した[[SNARE複合体]]は、[[wikipedia:ja:コイルドコイル構造|コイルドコイル構造]]をもつ<ref><pubmed>9759724</pubmed></ref>。よく目にするシナプス小胞膜と[[シナプス前]]膜との間で形成されている[[SNARE複合体]]の模式図は、シンタキシンのH3ドメインと[[SNAP-25]]および[[シナプトブレビン]]の細胞質フラグメントからなる複合体の立体構造解析結果に膜貫通領域などを描き足したものである（図3）。組織を可溶化した後などに溶液中に存在する[[SNARE複合体]]は強固に結合しており、強力な[[wikipedia:ja:界面活性剤|界面活性剤]]に対しても耐性を持ち、[[wikipedia:ja:ラウリル硫酸ナトリウム|ラウリル硫酸ナトリウム]]（SDS）存在下でも煮沸しない限り解離しない<ref><pubmed>7957071</pubmed></ref>。

　シンタキシン1は、H3ドメインを介して神経伝達物質放出の[[カルシウムイオン]]センサーと考えられている[[シナプトタグミン]]1と結合する<ref><pubmed>18275379</pubmed></ref><ref><pubmed>22068972</pubmed></ref>。カルシウムイオン非存在下では、シナプトタグミンのC₂Bドメインと結合する<ref><pubmed>12496268</pubmed></ref><ref><pubmed>22008253 </pubmed></ref>。[[wikipedia:ja:大腸菌|大腸菌]]で発現させた組換えタンパク質同士の結合は、結合実験に用いるフラグメントの大きさや付加するタグによって、特にカルシウムイオンの要求性に、大きな影響を受ける<ref><pubmed>8604041</pubmed></ref>。ある条件下ではシンタキシンとシナプトタグミンの結合はカルシウム依存性であり<ref><pubmed>7791877</pubmed></ref>、シナプトタグミンのC₂Aドメインへのカルシウムイオンの結合が必須である<ref><pubmed>9010211</pubmed></ref>。しかし、C₂Aのカルシウム結合能を欠失させた変異シナプトタグミンを発現させたニューロンで神経伝達物質の放出に異常が認められないことから<ref><pubmed>12110845</pubmed></ref>、シンタキシンとシナプトグミンの[[カルシウム]]依存性結合の伝達物質放出における意義は不明である。

　Munc-13は、シンタキシンを閉構造から開構造へ変換することで、Munc18と結合したシンタキシンをSNARE複合体が形成できるようにする<ref><pubmed>17645391</pubmed></ref><ref><pubmed>21499244</pubmed></ref>。このタンパク質間相互作用は、シナプス小胞のドッキングおよび[[プライミング]]に関与するとされている<ref><pubmed>18250196 </pubmed></ref><ref><pubmed>11460165</pubmed></ref>。

　シンタキシン1は多様な[[カルシウムチャネル]]と結合する<ref><pubmed>10212477</pubmed></ref>

。中でも[[N型カルシウムチャネル]]との結合は良く調べられていて<ref><pubmed>8119979</pubmed></ref><ref><pubmed>1334074</pubmed></ref>、チャネルの細胞質内ループ中のシンプリントsynprintと呼ばれる部位とシンタキシン1のNペプチドがカルシウムイオン濃度依存性に結合する<ref><pubmed>7993624</pubmed></ref><ref><pubmed>12221094</pubmed></ref><ref><pubmed>8559250</pubmed></ref>。また、これとは別にシンタキシン1の膜貫通領域とその直前の細胞質領域が調節に関与している<ref><pubmed>11087812</pubmed></ref>。[[Gタンパク質]]によるカルシウムチャネルの機能調節は、シンタキシン1と[[Gβ|G_β]]と[[Gγ|G_γ]]からなるヘテロ二量体との直接結合により促進される<ref><pubmed>10692440</pubmed></ref>。

　その他にもシンタキシン1は、[[アミシン]]、[[α-ホドリン]]、[[α-SNAP]]、[[CAPS]]、[[CaMKII]]、[[CCCrel-1]]、[[CSP]] ([[cysteine-string protein]]) 、[[D53]]、 [[DAP]]（[[death-associated protein]]) キナーゼ、[[DCC]] ([[deleted in colorectal cancer]])、[[グラニュフィリン]]、[[HSP70]]、[[IP3受容体|IP₃受容体]]、[[Mチャネル]]、[[RACK1]] ([[the receptor for activated C kinases]])、 [[PRIP]] ([[phospholipase C-related but catalytically inactive protein]])、[[プレセニリン-1]]、[[スタリング]]、[[シンコリン]]、[[シンタブリン]]、[[シンタフィリン]]、[[タキシリン]]、[[トモシン]]、[[VAP-A]]、ある種の[[Kチャネル]]、[[オトフェリン]]、[[モノアミン]]トランスポーター、[[グリシン]]トランスポーター、クラス[[C-Vps複合体]]、シナプトブレビン、[[ダイナミン]]、[[チューブリン]]、あるいは[[ミオシンVa]]と結合する。

　神経系において細胞体に発現しているシンタキシンは、他の細胞においてと同様、小胞体膜同士の融合、小胞体からゴルジ体への膜輸送、エンドソームからゴルジ体への膜輸送などの細胞内膜輸送に関与していると思われる<ref name=ref7><pubmed>11737951</pubmed></ref>。一方、神経系に特異的に発現しているアイソフォームを含めいくつかのシンタキシンは、神経突起に局在しニューロンに特異的な機能を担っている。

　シナプス前膜に存在するシンタキシン1は、[[エンドサイトーシス]]を含め<ref><pubmed>23643538</pubmed></ref>シナプス小胞の循環のいくつかの過程に直接または間接的に関わる。その中でもカルシウム依存性の小胞開口放出過程における役割について最も研究が進んでおり、シンタキシン1はシナプス前膜と小胞膜との間でSNAP-25およびシナプトブレビンとSNARE複合体を形成し、両方の膜を限りなく近づけて融合させ神経伝達物質を開口放出させると考えられている<ref><pubmed>10219238</pubmed></ref>。マウスの[[内耳]][[有毛細胞]]からの伝達物質放出には関与しないという例外はあるが<ref><pubmed>21378973</pubmed></ref>、実験材料として使われる多くの神経標本および開口放出のモデル細胞における伝達物質放出にはシンタキシン1が必須である<ref name=ref7818508><pubmed>7818508</pubmed></ref><ref><pubmed>7609887</pubmed></ref><ref><pubmed>9692742</pubmed></ref><ref><pubmed>7612024</pubmed></ref><ref name=ref9342384><pubmed>9342384</pubmed></ref>。金魚の網膜のリボンシナプスにおけるシナプス小胞の開口放出には、シンタキシン3の選択的スプライシングバリアント3Bが関与する<ref name=ref48 />。

　刺激に応じた小胞の開口放出はカルシウム依存性だが、シンタキシン1を含むSNAREにはカルシウム[[イオン]]結合能はない。しかし、シンタキシン自身は、カルシウムチャネルへの結合を介して小胞を放出部位へドッキングさせる<ref><pubmed>18060067</pubmed></ref>。一方で、カルシウムチャネルの機能を抑制することから<ref><pubmed>8524397</pubmed></ref><ref><pubmed>10548106</pubmed></ref>、伝達物質放出のカルシウムイオンによる制御において相反する二種類の働きを併せ持つ<ref><pubmed>17215385</pubmed></ref>。

　シナプスの長期増強が生じる際、[[AMPA型グルタミン酸受容体]]がそれらを含むリサイクリング[[エンドソーム]]の開口放出によりシナプス後膜へ組み込まれる。いくつかのシンタキシンはこのシナプス後部におけるAMPA受容体の輸送に関与し、シナプスの伝達効率を調節している。

　シンタキシン3および4は、海馬ニューロンにおいて[[長期増強]]など神経活動の亢進時に、AMPA受容体のスパインへの組込みに関与し、シナプス可塑性に重要な役割を果たしている<ref name=ref45 /><ref><pubmed>20959521</pubmed></ref><ref name=ref124><pubmed>23395379</pubmed></ref>。シンタキシン4については議論が分かれており<ref name=ref124><pubmed>23395379</pubmed></ref>、長期増強誘導時ではなく[[レチノイン酸]]によるシナプス可塑性においてAMPA受容体の組み込みに関与するという説もある<ref><pubmed>25843403 </pubmed></ref>。

　シンタキシン13は、AMPA受容体の細胞内輸送に関与する[[GRIP-associated protein 1]] ([[GRASP-1]])と協働して、エンドサイトーシスにより取込まれた初期エンドソームから[[リサイクリングエンドソーム]]への輸送に関与する可能性が示されている<ref name=ref46 />。

　シンタキシン1<ref><pubmed>8698815</pubmed></ref><ref><pubmed>10900079</pubmed></ref><ref><pubmed>21593320</pubmed></ref>、3<ref name=ref44 />、13<ref><pubmed>10886332</pubmed></ref>、および16<ref><pubmed>20589833</pubmed></ref>は[[神経突起]]の伸長に関与する。

　[[ボツリヌス中毒]]の主な症状である[[弛緩性麻痺]]は、運動[[神経終末]]からの[[アセチルコリン]]の放出阻害による。これは、中毒の原因である[[ボツリヌス菌]]が産生する神経[[毒素]]のもつ[[タンパク質分解酵素]]活性によるSNAREの切断に起因する。7種類存在する[[ボツリヌス毒素]]の中、[[C型毒素]]はシンタキシ1をカルボキシ末端付近の1箇所、[[リジン]]残基と[[アラニン]]残基（1Aでは253番目と254番目、1Bでは252番目と253番目）の間で切断する<ref><pubmed>7901002</pubmed></ref><ref><pubmed>7737992</pubmed></ref>。

 

　これに対し、シンタキシン1Bのノックアウトマウスは生後2週間までしか生存できず、[[グルタミン酸]]あるいは[[GABA]]の放出においてシナプス小胞の正常な開口放出と[[即時放出可能プール]]の形成が阻害されている<ref><pubmed>24587181</pubmed></ref>。恒常的に開構造をとる変異シンタキシン1B遺伝子を強制発現させた[[ノックインマウス]]は生育可能だが、2－3ヶ月齢で全身[[痙攣]]を呈し死にいたる<ref><pubmed>18703708</pubmed></ref>。[[ショウジョウバエ]]では、遺伝子破壊体<ref><pubmed>7834751</pubmed></ref><ref><pubmed>7546745</pubmed></ref><ref><pubmed>10433270</pubmed></ref><ref><pubmed>11095753</pubmed></ref>、[[温度感受性変異体]]<ref><pubmed>9728921</pubmed></ref>、SNAREモチーフ中に変異を導入した変異体<ref><pubmed>11717347</pubmed></ref>が作製されており、いずれもシナプス伝達が著しく阻害されている。