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山ノ井 | <div align="right"> | ||
<font size="+1">山ノ井 俊宏</font><br> | |||
''大阪大学大学院 連合小児発達学研究科 分子生物遺伝学研究領域''<br> | |||
<font size="+1">[https://researchmap.jp/takeshiyoshimura 吉村 武]</font><br> | |||
''鳥取大学 医学部保健学科 検査技術科学専攻 生体制御学講座''<br> | |||
DOI：<selfdoi /> 原稿受付日：2026年6月30日 原稿完成日：2026年8月17日<br> | |||
担当編集委員：[http://researchmap.jp/read0192882 古屋敷 智之]（東京科学大学大学院 医歯学総合研究科 薬理学分野）<br> | |||
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英：spectrin | 英：spectrin | ||
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== スペクトリンとは == | == スペクトリンとは == | ||
[[ファイル:Yamanoi Spectrin Figure1.jpg|サムネイル|'''図1. 赤血球のspectrin膜骨格'''<br>赤血球の溶血過程と、赤血球膜骨格を形成する分子群を示す。α-スペクトリンとβ-スペクトリン からなるスペクトリン複合体は、赤血球膜直下でアクチンなどの分子と結合し、網目状の膜骨格構造を形成する。]] | |||
赤血球は、血管内を循環する際に変形を繰り返し、さまざまな機械的ストレスを受ける。一方、神経細胞の長い突起である軸索も、張力やねじりなどの機械的ストレスにさらされる。スペクトリンは、細胞膜直下の裏打ち構造である膜骨格を構成し、こういった機械的ストレス下で細胞機能、形態を維持するために重要なタンパク質の一つである<ref name=Liu2019><pubmed>31191255</pubmed></ref><ref name=Lorenzo2023><pubmed>36697767</pubmed></ref>。 | |||
1968年、溶血によって細胞内成分を失った赤血球（赤血球ゴースト）から同定されたタンパク質は、幽霊（specter）にちなんでスペクトリンと名付けられた<ref name=Marchesi1968><pubmed>5634911</pubmed></ref>（'''図1'''）。1979年、スペクトリンと結合し、赤血球の膜裏打ち骨格（膜骨格）を形成するタンパク質が発見され、アンキリン (ankyrin)と名付けられた<ref name=Bennett1979><pubmed>372182</pubmed></ref>。1981年、非赤血球系培養細胞においてスペクトリン様タンパク質が存在することが報告された<ref name=Goodman1981><pubmed>6950399</pubmed></ref>。1982年、赤血球スペクトリンと免疫反応性を示す分子が脳内で発見され、神経系におけるスペクトリンの存在が示唆された<ref name=Bennett1982><pubmed>6129664</pubmed></ref>。これらの発見を契機に、脳におけるスペクトリンの機能が注目されるようになった。 | 1968年、溶血によって細胞内成分を失った赤血球（赤血球ゴースト）から同定されたタンパク質は、幽霊（specter）にちなんでスペクトリンと名付けられた<ref name=Marchesi1968><pubmed>5634911</pubmed></ref>（'''図1'''）。1979年、スペクトリンと結合し、赤血球の膜裏打ち骨格（膜骨格）を形成するタンパク質が発見され、アンキリン (ankyrin)と名付けられた<ref name=Bennett1979><pubmed>372182</pubmed></ref>。1981年、非赤血球系培養細胞においてスペクトリン様タンパク質が存在することが報告された<ref name=Goodman1981><pubmed>6950399</pubmed></ref>。1982年、赤血球スペクトリンと免疫反応性を示す分子が脳内で発見され、神経系におけるスペクトリンの存在が示唆された<ref name=Bennett1982><pubmed>6129664</pubmed></ref>。これらの発見を契機に、脳におけるスペクトリンの機能が注目されるようになった。 | ||
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線虫やショウジョウバエではスペクトリンの種類は少なく、α-スペクトリン、β-G-スペクトリン、β-H-スペクトリンがあり、それぞれ順に哺乳類のαII-スペクトリン、βII-スペクトリン、βv-スペクトリンに類似する<ref name=Dubreuil1998><pubmed>9872052</pubmed></ref><ref name=Zhang2013b><pubmed>24302288</pubmed></ref>。 | 線虫やショウジョウバエではスペクトリンの種類は少なく、α-スペクトリン、β-G-スペクトリン、β-H-スペクトリンがあり、それぞれ順に哺乳類のαII-スペクトリン、βII-スペクトリン、βv-スペクトリンに類似する<ref name=Dubreuil1998><pubmed>9872052</pubmed></ref><ref name=Zhang2013b><pubmed>24302288</pubmed></ref>。 | ||
{| class="wikitable" | |||
|+表1. スペクトリンの主な発現・局在部位と関連疾患 | |||
! 遺伝子名 | |||
! タンパク質名 | |||
! 主な発現・局在部位 | |||
! 関連疾患 | |||
! 引用文献 | |||
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| ''SPTA1'' | |||
| αI-スペクトリン | |||
| 哺乳類の赤血球 | |||
| 遺伝性球状赤血球症 | |||
| <ref name=Salomao2006><pubmed>16407147</pubmed></ref><ref name=He2018><pubmed>29402830</pubmed></ref> | |||
|- | |||
| ''SPTAN1'' | |||
| αII-スペクトリン | |||
| 脳を含む多くの組織 | |||
| West症候群、発達性てんかん性脳症、一部では小脳性運動失調や痙性対麻痺 | |||
| <ref name=Ackermann2019><pubmed>31186638</pubmed></ref><ref name=Huang2018><pubmed>29749636</pubmed></ref><ref name=VandeVondel2022><pubmed>35150594</pubmed></ref> | |||
|- | |||
| ''SPTB'' | |||
| βI-スペクトリン | |||
| 赤血球、骨格筋、心筋<br>神経細胞では樹状突起領域およびシナプス後肥厚部 | |||
| 遺伝性球状赤血球症 | |||
| <ref name=Bennett2001><pubmed>11427698</pubmed></ref><ref name=Baines2005><pubmed>15970557</pubmed></ref><ref name=He2018><pubmed>29402830</pubmed></ref> | |||
|- | |||
| ''SPTBN1'' | |||
| βII-スペクトリン | |||
| 発生期の骨格筋<br>神経細胞では軸索 | |||
| 自閉スペクトラム症および注意欠如・多動症（ADHD）、発達遅滞、知的発達症、てんかん | |||
| <ref name=Liu2019><pubmed>31191255</pubmed></ref><ref name=Zhou1998><pubmed>9436990</pubmed></ref><ref name=Lorenzo2023><pubmed>36697767</pubmed></ref> | |||
|- | |||
| ''SPTBN2'' | |||
| βIII-スペクトリン | |||
| 主に脳。他に膵臓、腎臓、生殖器系組織、皮膚<br>小脳プルキンエ細胞では細胞体、樹状突起領域、樹状突起スパイン | |||
| 脊髄小脳失調症 | |||
| <ref name=Lorenzo2023><pubmed>36697767</pubmed></ref><ref name=Perkins2010><pubmed>20371805</pubmed></ref><ref name=Gao2011><pubmed>22090485</pubmed></ref><ref name=Ikeda2006><pubmed>16429157</pubmed></ref> | |||
|- | |||
| ''SPTBN4'' | |||
| βIV-スペクトリン | |||
| 転写産物：脳および膵島<br>タンパク質：神経細胞の軸索起始部、ランヴィエ絞輪 | |||
| 知的発達症、先天性筋緊張低下、運動神経の軸索障害 | |||
| <ref name=Berghs2000><pubmed>11086001</pubmed></ref><ref name=Wang2018><pubmed>29861105</pubmed></ref> | |||
|- | |||
| ''SPTBN5'' | |||
| βV-スペクトリン | |||
| 小脳、脊髄、心臓、胃、光受容細胞 | |||
| 知的発達症や発達遅滞、てんかん発作を特徴とする症候群 | |||
| <ref name=Stabach2000><pubmed>10764729</pubmed></ref><ref name=Khan2022><pubmed>35782384</pubmed></ref> | |||
|} | |||
== 発現 == | == 発現 == | ||
αI-スペクトリンは哺乳類の赤血球で発現する<ref name=Salomao2006><pubmed>16407147</pubmed></ref>。非赤血球型のαII-スペクトリンは脳を含む多くの組織に広く発現する<ref name=Ackermann2019><pubmed>31186638</pubmed></ref>。 | αI-スペクトリンは哺乳類の赤血球で発現する<ref name=Salomao2006><pubmed>16407147</pubmed></ref>。非赤血球型のαII-スペクトリンは脳を含む多くの組織に広く発現する<ref name=Ackermann2019><pubmed>31186638</pubmed></ref>。 | ||
βI-スペクトリンは赤血球や骨格筋、心筋に存在し、神経細胞では樹状突起領域およびシナプス後肥厚部に局在する<ref name=Bennett2001><pubmed>11427698</pubmed></ref><ref name=Baines2005><pubmed>15970557</pubmed></ref> | βI-スペクトリンは赤血球や骨格筋、心筋に存在し、神経細胞では樹状突起領域およびシナプス後肥厚部に局在する<ref name=Bennett2001><pubmed>11427698</pubmed></ref><ref name=Baines2005><pubmed>15970557</pubmed></ref><ref name=Lorenzo2023><pubmed>36697767</pubmed></ref>。βII-スペクトリンは発生期の骨格筋に発現しており、神経細胞では軸索に広く分布する<ref name=Liu2019><pubmed>31191255</pubmed></ref><ref name=Zhou1998><pubmed>9436990</pubmed></ref>。βIII-スペクトリンは主に脳で高発現しているが、膵臓、腎臓、生殖器系組織、皮膚においても発現が認められる<ref name=Lorenzo2023><pubmed>36697767</pubmed></ref>。βIII-スペクトリンは小脳プルキンエ細胞では細胞体および樹状突起領域に存在し、樹状突起スパインに局在する<ref name=Perkins2010><pubmed>20371805</pubmed></ref><ref name=Gao2011><pubmed>22090485</pubmed></ref>。βIV-スペクトリンの転写産物は脳および膵島で認められ、タンパク質は神経細胞において軸索起始部およびランヴィエ絞輪に集積している<ref name=Berghs2000><pubmed>11086001</pubmed></ref>。巨大βV-スペクトリンは小脳や脊髄、心臓、胃、光受容細胞などで発現している<ref name=Stabach2000><pubmed>10764729</pubmed></ref><ref name=Papal2013><pubmed>23704327</pubmed></ref>。 | ||
[[ファイル:Yamanoi Spectrin Figure2.jpg|サムネイル|'''図2.軸索起始部におけるスペクトリン膜骨格と関連分子群'''<br>軸索起始部において、アンキリン-Gはイオンチャネル（Nav1やKCNQ2/3）や接着分子（NF186やNrCAM）などと結合し、それらを軸索起始部に集積させる。αII-スペクトリンとβIV-スペクトリンからなるスペクトリン四量体は、アクチンリングを連結し、アンキリン-GはβIV-スペクトリンとの結合を介して、軸索起始部における周期的な膜骨格構造を構築する。]] | |||
== 構造 == | == 構造 == | ||
いずれも弾性に富むスペクトリンリピートと呼ばれる特徴的な繰り返し配列を有する<ref name=Speicher1983><pubmed>6654896</pubmed></ref><ref name=Speicher1984><pubmed>6472478</pubmed></ref>。 | いずれも弾性に富むスペクトリンリピートと呼ばれる特徴的な繰り返し配列を有する<ref name=Speicher1983><pubmed>6654896</pubmed></ref><ref name=Speicher1984><pubmed>6472478</pubmed></ref>。 | ||
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β-スペクトリンはN末端から順に、２個のアクチン結合CH（calponin homology）ドメイン、17個のスペクトリンリピート（βV-スペクトリンは30個）、PH（pleckstrin homology）ドメインが続く<ref name=Liu2019><pubmed>31191255</pubmed></ref>。βV-スペクトリンは推定されるアンキリン結合領域が十分に保存されていない<ref name=Stabach2000><pubmed>10764729</pubmed></ref>。そのため、他のβ-スペクトリンとは異なる様式で骨格構造を形成していると考えられている。 | β-スペクトリンはN末端から順に、２個のアクチン結合CH（calponin homology）ドメイン、17個のスペクトリンリピート（βV-スペクトリンは30個）、PH（pleckstrin homology）ドメインが続く<ref name=Liu2019><pubmed>31191255</pubmed></ref>。βV-スペクトリンは推定されるアンキリン結合領域が十分に保存されていない<ref name=Stabach2000><pubmed>10764729</pubmed></ref>。そのため、他のβ-スペクトリンとは異なる様式で骨格構造を形成していると考えられている。 | ||
2つのαサブユニットと2つのβサブユニットからなるヘテロ四量体を形成する<ref name=Morrow1981><pubmed>7204503</pubmed></ref><ref name=Bignone2003><pubmed>12820899</pubmed></ref>（'''図2'''）。 | |||
==機能== | |||
=== 樹状突起スパイン === | |||
βI-スペクトリンは、樹状突起スパインにおける形態的および機能的な調節に関与する<ref name=Lorenzo2023><pubmed>36697767</pubmed></ref>。βIII-スペクトリンも樹状突起スパインの基部およびネックに局在し、スパインネックのくびれ構造の形成ならびにシナプス活動の調節に関与する<ref name=Efimova2017><pubmed>28576936</pubmed></ref>。 | |||
=== 軸索 === | |||
軸索では、四量体の両端は環状に配置したアクチン（アクチンリング）と結合し、アクチンリング同士を連結することで、細胞膜直下に膜骨格を形成する。 | |||
このスペクトリン-アクチン骨格が約190 nm間隔で周期的に配列し、膜関連周期骨格（membrane-associated periodic skeleton; MPS）を形成する<ref name=Xu2013><pubmed>23239625</pubmed></ref><ref name=Goy2026><pubmed>42228557</pubmed></ref>。MPSは軸索全体に共通する基本構造であるが、スペクトリンアイソフォームやアンキリンとの組み合わせは軸索内の領域によって異なり、それぞれ異なる機能を担う<ref name=Goy2026><pubmed>42228557</pubmed></ref>。 | |||
軸索遠位部では、αII-スペクトリンとβII-スペクトリンがヘテロ四量体を形成し、アンキリン-Bとともに膜関連周期骨格を構築する<ref name=Yoshimura2021></ref>。 | |||
軸索起始部（axon initial segment; AIS）の形成初期には、このアンキリン-B/αII-スペクトリン/βII-スペクトリン骨格が軸索遠位側から形成され、近位側に形成されるアンキリン-G/αII-スペクトリン/βIV-スペクトリン骨格との境界を規定する<ref name=Liu2019><pubmed>31191255</pubmed></ref>。軸索起始部では、αII-スペクトリンとβIV-スペクトリンがヘテロ四量体を形成し、アンキリン-GがβIV-スペクトリンと結合して特徴的な膜骨格を構築する<ref name=Yoshimura2021>'''吉村武 (2021)'''<br>神経細胞の軸索起始部に特有な細胞骨格構造とその破綻. 生化学 93:517–520. [[doi:10.14952/SEIKAGAKU.2021.930517|DOI]]</ref><ref name=Yang2007><pubmed>17283186</pubmed></ref><ref name=Huang2017><pubmed>29038240</pubmed></ref>。アンキリン-Gは電位依存性ナトリウムチャネル（Nav1群）、KCNQ2/3チャネル、細胞接着分子NF186およびNrCAMをこの膜骨格へ係留し、軸索起始部への高密度集積を可能にする<ref name=Pan2006><pubmed>16525039</pubmed></ref><ref name=Jenkins2025><pubmed>39480263</pubmed></ref>。この分子配置は活動電位発生の基盤となる<ref name=Kole2008><pubmed>18204443</pubmed></ref>。さらに軸索起始部は膜タンパク質や細胞内小胞の輸送を制御する拡散障壁としても機能し、細胞体・樹状突起区画と軸索区画を隔てることで神経極性の維持に寄与する<ref name=Liu2019><pubmed>31191255</pubmed></ref>。 | |||
髄鞘間に位置するランヴィエ絞輪にもαII-スペクトリン、βIV-スペクトリン、アンキリン-Gからなる膜骨格が形成される<ref name=Komada2002><pubmed>11807096</pubmed></ref><ref name=Liu2019><pubmed>31191255</pubmed></ref>。この骨格は電位依存性ナトリウムチャネルをランヴィエ絞輪へ集積させ、跳躍伝導を可能にする<ref name=Lorenzo2023><pubmed>36697767</pubmed></ref><ref name=Komada2002><pubmed>11807096</pubmed></ref>。一方、ランヴィエ絞輪に隣接するパラノードでは、軸索側のCaspr-コンタクチン複合体と髄鞘側のニューロファシン-155との相互作用によってパラノーダルジャンクションが形成される<ref name=Charles2002><pubmed>11839274</pubmed></ref><ref name=Sherman2005><pubmed>16337912</pubmed></ref>。この領域ではαII-スペクトリン/βII-スペクトリン骨格が膜タンパク質の側方拡散を制限する拡散障壁として働き、軸索膜ドメインの維持に重要な役割を果たす<ref name=Ogawa2006><pubmed>16687515</pubmed></ref><ref name=Zhang2013a><pubmed>24217619</pubmed></ref>。 | |||
== 疾患との関わり == | == 疾患との関わり == | ||
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* [[細胞接着分子]] | * [[細胞接着分子]] | ||
* [[自閉スペクトラム症]] | * [[自閉スペクトラム症]] | ||
* [[ | * [[注意欠如・多動症]]（[[ADHD]]、[[注意欠如・多動性障害]]） | ||
* [[ | * [[神経発達症]]（[[発達障害]]） | ||
* [[アンキリン]] | * [[アンキリン]] | ||
== 参考文献 == | == 参考文献 == | ||
<references /> | <references /> | ||