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同義語：ProSAP (Proline-rich synapse-associated protein), CortBP (Cortactin-binding protein), Somatostatin receptor-interacting protein (SSTRIP), GKAP/SAPAP-interacting protein, SPANK, Synamon 
同義語：ProSAP (Proline-rich synapse-associated protein), CortBP (Cortactin-binding protein), Somatostatin receptor-interacting protein (SSTRIP), GKAP/SAPAP-interacting protein, SPANK, Synamon 


　Shankは、多くのタンパク質と相互作用する2000個以上の[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]からなる巨大な[[足場タンパク質]]である。[[wikipedia:ja:選択的スプライシング|選択的スプライシング]]によりさまざまな遺伝子産物が得られるが、最も長いものは[[アンキリンリピート]]、[[SH3ドメイン]]、[[PDZドメイン]]、プロリンリッチ配列、[[SAMドメイン]]からなる。それぞれのドメインが相互作用するタンパク質を持つので、結合タンパク質は多岐にわたる。[[自閉症]]との関連が指摘されている。　
　Shankは、多くのタンパク質と相互作用する2000個以上の[[wikipedia:ja:アミノ酸|アミノ酸]]からなる巨大な[[足場タンパク質]]である。[[wikipedia:ja:選択的スプライシング|選択的スプライシング]]によりさまざまな遺伝子産物が得られるが、最も長いものは[[アンキリンリピート]]、[[SH3ドメイン|SH3 (Src homology 3)ドメイン]]、[[PDZドメイン|PDZ (<u>P</u>SD-95, <u>D</u>lg, <u>Z</u>o-1)ドメイン]]、プロリンリッチ配列、[[SAMドメイン|SAM (Sterile alpha motif)ドメイン]]からなる。それぞれのドメインが相互作用するタンパク質を持つので、結合タンパク質は多岐にわたる。[[自閉症]]との関連が指摘されている。　


== 構造 ==
== 構造 ==


[[Image:Shank.png|thumb|250px|'''図1．Shank ドメイン構造と選択的スプライシング産物''']]
[[Image:Shank.png|thumb|250px|'''図1．Shank ドメイン構造と選択的スプライシング産物'''<br>Ank:アンキリンリピート<br>SH3:SH3ドメイン<br>PDZ:PDZドメイン<br>＜Pro rich:プロリンリッチ配列<br>SAM:SAMドメイン]]


　Shankには異なった遺伝子にコードされるShank1、2、3がある。Shankのドメイン構造はアミノ端から、アンキリンリピート、SH3 (Src homology 3)ドメイン、PDZ (PSD-95, Dlg, Zo-1)ドメイン、1000残基以上に及ぶプロリン、セリン、グリシンに富む配列、SAM (Sterile alpha motif)からなる（図1）。選択的スプライシングにより、アンキリンリピートやSH3ドメイン、SAMドメインを欠くものもある。
　Shankには異なった遺伝子にコードされるShank1、2、3がある。Shankのドメイン構造はアミノ端から、アンキリンリピート、SH3ドメイン、PDZドメイン、1000残基以上に及ぶプロリン、セリン、グリシンに富む配列、SAMからなる（図1）。選択的スプライシングにより、アンキリンリピートやSH3ドメイン、SAMドメインを欠くものもある。


サブタイプ毎の別名は、  
サブタイプ毎の別名は、  


*Shank1=GKAP/SAPAP-interacting protein=SPANK-1=SSTRIP=Synamon  
*Shank1 = GKAP/SAPAP-interacting protein = SPANK-1 = Somatostatin receptor-interacting protein (SSTRIP) = Synamon  
*Shank2=CortBP1=ProSAP1=SPANK-3  
*Shank2 = CortBP1 (Cortactin-binding protein 1) = ProSAP1 (Proline-rich synapse-associated protein 1) = SPANK-3  
*Shank3=ProSAP2=SPANK-2
*Shank3 = ProSAP2 = SPANK-2


== 発現  ==
== 発現  ==


　いずれのサブタイプも脳に広範に発現している。細胞レベルでは、[[シナプス後部]]、特に[[シナプス後肥厚]]に多く分布している。  
　Shank1, [http://mouse.brain-map.org/gene/show/84192 Shank2], [http://mouse.brain-map.org/gene/show/37264 Shank3]いずれのサブタイプも脳に広範に発現している。細胞レベルでは、[[シナプス後部]]、特に[[シナプス後肥厚]]に多く分布している。  


　脳以外では、Shank2は[[wikipedia:ja:腎臓|腎臓]]、[[wikipedia:ja:肝臓|肝臓]]に、Shank3は[[wikipedia:ja:心臓|心臓]]、[[wikipedia:ja:精巣|精巣]]にも発現している<ref><pubmed>10506216</pubmed></ref> 。
　脳以外では、Shank2は[[wikipedia:ja:腎臓|腎臓]]、[[wikipedia:ja:肝臓|肝臓]]に、Shank3は[[wikipedia:ja:心臓|心臓]]、[[wikipedia:ja:精巣|精巣]]にも発現している<ref><pubmed>10506216</pubmed></ref> 。
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== 機能  ==
== 機能  ==


　Shankを神経細胞に過剰発現すると[[スパイン]]の肥大化が起こり、特にShank結合タンパク質である[[Homer]]との共発現はスパインのを更なる肥大化を引き起こす<ref><pubmed>11498055</pubmed></ref>。 さらに、本来、スパインを持たない抑制性の[[小脳]][[顆粒細胞]]にShankを導入すると、 [[NMDA型]]や[[AMPA型]]のグルタミン酸受容体をもつスパインを形成するようになる<ref><pubmed>15814786</pubmed></ref>。  
　Shankを神経細胞に過剰発現すると[[スパイン]]の肥大化が起こり、特にShank結合タンパク質である[[Homer]]との共発現はスパインのを更なる肥大化を引き起こす<ref><pubmed>11498055</pubmed></ref>。 さらに、本来、スパインを持たない抑制性の[[小脳]][[顆粒細胞]]にShankを導入すると、 [[NMDA型グルタミン酸受容体]]や[[AMPA型グルタミン酸受容体]]をもつスパインを形成するようになる<ref><pubmed>15814786</pubmed></ref>。  


　Shank分子間のドメイン間相互作用によりオリゴマーを形成するShankと、両端に2つずつのリガンド結合部位をもつ逆平行4量体を形成するHomerは互いに架橋して、高次のネットワーク構造を形成する。このShankとHomerの高次複合体がシナプス後肥厚の骨格となると考えられる<ref><pubmed>19345194</pubmed></ref> 。
　Shank分子間のドメイン間相互作用によりオリゴマーを形成するShankと、両端に2つずつのリガンド結合部位をもつ逆平行4量体を形成するHomerは互いに架橋して、高次のネットワーク構造を形成する。このShankとHomerの高次複合体がシナプス後肥厚の骨格となると考えられる<ref><pubmed>19345194</pubmed></ref> 。
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　但し、SAMドメインの大きさはShank全長の3%にしか相当しないので、上流の長い配列も含めて大きなポリマーを形成できるかどうかは不明である。  
　但し、SAMドメインの大きさはShank全長の3%にしか相当しないので、上流の長い配列も含めて大きなポリマーを形成できるかどうかは不明である。  


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[[Image:1Q3P.jpg|thumb|250px|'''図２　Shank PDZ ドメインによるダイマー形成とGKAPとの相互作用'''<ref name="ref2" />]]


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[[Image:Shank-SAM 2F44.png|thumb|250px|'''図３　Shank SAM ドメインの結晶構造'''<ref name="ref3" />]]


== Shankと相互作用するタンパク質  ==
== Shankと相互作用するタンパク質  ==
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　いずれも、カルボキシ端がShankのPDZドメインに結合する。
　いずれも、カルボキシ端がShankのPDZドメインに結合する。


[[G protein-coupled alpha-latrotoxin receptor]] CL1<ref><pubmed>10958799</pubmed></ref>  
*[[G protein-coupled α-latrotoxin receptor]] CL1<ref><pubmed>10958799</pubmed></ref>  


[[Somatostatin receptor]] subtype 2<ref><pubmed>10551867</pubmed></ref>  
*[[ソマトスタチン受容体]]サブタイプ2<ref><pubmed>10551867</pubmed></ref>  


[[Na<sup>+</sup>/H<sup>+</sup> exchanger]] 3<ref><pubmed>16293618</pubmed></ref>  
*[[Na+/H+交換輸送体|Na<sup>+</sup>/H<sup>+</sup>交換輸送体]] 3<ref><pubmed>16293618</pubmed></ref>  


[[Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator]]<ref><pubmed>14679199</pubmed></ref>  
*[[嚢胞性線維症膜コンダクタンス制御因子]] (Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)<ref><pubmed>14679199</pubmed></ref>  


[[GluA1]]<ref><pubmed>16606358</pubmed></ref>&nbsp;
*AMPA型グルタミン酸受容体[[GluA1]]サブユニット<ref><pubmed>16606358</pubmed></ref>


[[mGluR1,5]]<ref><pubmed>10433269</pubmed></ref>&nbsp; これらは、Shankに結合するHomerとも相互作用する。  
*[[代謝活性型グルタミン酸受容体]]サブユニット[[mGluR1]]、[[mGluR5]]<ref><pubmed>10433269</pubmed></ref>&nbsp; これらは、Shankに結合するHomerとも相互作用する。  


[[GluR delta 2]]<ref><pubmed>15207857</pubmed></ref>&nbsp;  
*[[GluRδ2|GluRδ<sub>2</sub>]]<ref><pubmed>15207857</pubmed></ref>&nbsp;  


=== シナプス足場タンパク質  ===
=== シナプス足場タンパク質  ===


[[DLGAP1]]/GKAP<ref><pubmed>10488079</pubmed></ref>  
*[[DLGAP]]1/GKAP<ref><pubmed>10488079</pubmed></ref>  


Homer<ref><pubmed>10433269</pubmed></ref>  
*Homer<ref><pubmed>10433269</pubmed></ref>  


[[IRSp53]]<ref><pubmed>12504591</pubmed></ref>  
*[[IRSp53]]<ref><pubmed>12504591</pubmed></ref>  


[[Sharpin]]<ref><pubmed>11178875</pubmed></ref>  
*[[Sharpin]]<ref><pubmed>11178875</pubmed></ref>  


=== 低分子量GTP結合タンパク質を制御するタンパク質  ===
=== 低分子量GTP結合タンパク質を制御するタンパク質  ===


IRSp53  
*IRSp53  


[[βPIX]]<ref><pubmed>12626503</pubmed></ref>&nbsp;  
*[[βPIX]]<ref><pubmed>12626503</pubmed></ref>&nbsp;  


[[ProSAPiP1]]<ref><pubmed>16522626</pubmed></ref>  
*[[ProSAPiP1]]<ref><pubmed>16522626</pubmed></ref>  


[[Image:3L4F.jpg|thumb|250px|'''図4．Shank PDZ ドメインとβPIXとの相互作用'''<ref><pubmed>20117114</pubmed></ref>]]　  
[[Image:3L4F.jpg|thumb|250px|'''図４　Shank PDZ ドメインとβPIXとの相互作用'''<ref><pubmed>20117114</pubmed></ref>]]　  


=== [[アクチン]]結合タンパク質  ===
=== [[アクチン]]結合タンパク質  ===


IRSp53  
*IRSp53  


[[Cortactin]]<ref><pubmed>10433268</pubmed></ref> <ref><pubmed>9742101</pubmed></ref>  
*[[コータクチン]]<ref><pubmed>10433268</pubmed></ref> <ref><pubmed>9742101</pubmed></ref>  


[[Abp1]]<ref><pubmed>15014124</pubmed></ref>  
*[[Abp1]]<ref><pubmed>15014124</pubmed></ref>  


[[Spectrin-alpha]]<ref><pubmed>11509555</pubmed></ref>  
*[[スペクトリンα]]<ref><pubmed>11509555</pubmed></ref>  


=== その他のタンパク質  ===
=== その他のタンパク質  ===


[[Phospholipase]] C beta 3<ref><pubmed>15632121</pubmed></ref>&nbsp;  
[[ホスホリパーゼC]]β3<ref><pubmed>15632121</pubmed></ref>&nbsp;  


[[Dynamin]] 2<ref><pubmed>11583995</pubmed></ref><br>  
[[ダイナミン]]2<ref><pubmed>11583995</pubmed></ref><br>  


[[Dendrite arborization and synapse maturation 1]] (Dasm1)<ref><pubmed>15340156</pubmed></ref>&nbsp;  
[[Dendrite arborization and synapse maturation 1]] (Dasm1)<ref><pubmed>15340156</pubmed></ref>&nbsp;  
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== Shank遺伝子の異常  ==
== Shank遺伝子の異常  ==


　自閉症との関連については、Shank3の変異が最初に報告されたが、<ref><pubmed>17173049</pubmed></ref>、その後、Shank2<ref><pubmed>20531469</pubmed></ref>, Shank1<ref><pubmed>22503632</pubmed></ref>についても報告されている。[[Phelan–McDermid 症候群]]は染色体22q13部位の欠失によるもので、Shank3 の異常が原因の一つと考えられている。また、Shank3のノックアウトマウスは社会的相互作用の欠如や過剰な毛繕いなど自閉症様の表現型を呈する<ref><pubmed>21423165</pubmed></ref>。さらに、自閉症患者にみられるShank3のC末の欠失変異体は、優性にShank3のプロテアーゼ分解を促進して、シナプスの形成を阻害する<ref><pubmed>21565394</pubmed></ref>。&nbsp;  
　自閉症との関連については、Shank3の変異が最初に報告されたが、<ref><pubmed>17173049</pubmed></ref>、その後、Shank2<ref><pubmed>20531469</pubmed></ref>, Shank1<ref><pubmed>22503632</pubmed></ref>についても報告されている。[[Phelan–McDermid 症候群]]は染色体22q13部位の欠失によるもので、Shank3 の異常が原因の一つと考えられている。また、Shank3の[[ノックアウトマウス]]は社会的相互作用の欠如や過剰な毛繕いなど自閉症様の表現型を呈する<ref><pubmed>21423165</pubmed></ref>。さらに、自閉症患者にみられるShank3のC末の欠失変異体は、優性にShank3の[[プロテアーゼ]]分解を促進して、シナプスの形成を阻害する<ref><pubmed>21565394</pubmed></ref>。&nbsp;  


== 関連項目  ==
== 関連項目  ==

2012年5月30日 (水) 00:29時点における版

英：Shank (SH3 and multiple ankyrin repeat domains protein)

同義語：ProSAP (Proline-rich synapse-associated protein), CortBP (Cortactin-binding protein), Somatostatin receptor-interacting protein (SSTRIP), GKAP/SAPAP-interacting protein, SPANK, Synamon 

　Shankは、多くのタンパク質と相互作用する2000個以上のアミノ酸からなる巨大な足場タンパク質である。選択的スプライシングによりさまざまな遺伝子産物が得られるが、最も長いものはアンキリンリピート、SH3 (Src homology 3)ドメイン、PDZ (PSD-95, Dlg, Zo-1)ドメイン、プロリンリッチ配列、SAM (Sterile alpha motif)ドメインからなる。それぞれのドメインが相互作用するタンパク質を持つので、結合タンパク質は多岐にわたる。自閉症との関連が指摘されている。　

構造

図1．Shank ドメイン構造と選択的スプライシング産物
Ank:アンキリンリピート
SH3:SH3ドメイン
PDZ:PDZドメイン
＜Pro rich:プロリンリッチ配列
SAM:SAMドメイン

　Shankには異なった遺伝子にコードされるShank1、2、3がある。Shankのドメイン構造はアミノ端から、アンキリンリピート、SH3ドメイン、PDZドメイン、1000残基以上に及ぶプロリン、セリン、グリシンに富む配列、SAMからなる（図1）。選択的スプライシングにより、アンキリンリピートやSH3ドメイン、SAMドメインを欠くものもある。

サブタイプ毎の別名は、

  • Shank1 = GKAP/SAPAP-interacting protein = SPANK-1 = Somatostatin receptor-interacting protein (SSTRIP) = Synamon
  • Shank2 = CortBP1 (Cortactin-binding protein 1) = ProSAP1 (Proline-rich synapse-associated protein 1) = SPANK-3
  • Shank3 = ProSAP2 = SPANK-2

発現

　Shank1, Shank2, Shank3いずれのサブタイプも脳に広範に発現している。細胞レベルでは、シナプス後部、特にシナプス後肥厚に多く分布している。

　脳以外では、Shank2は腎臓、肝臓に、Shank3は心臓、精巣にも発現している[1] 。

機能

　Shankを神経細胞に過剰発現するとスパインの肥大化が起こり、特にShank結合タンパク質であるHomerとの共発現はスパインのを更なる肥大化を引き起こす[2]。 さらに、本来、スパインを持たない抑制性の小脳顆粒細胞にShankを導入すると、 NMDA型グルタミン酸受容体やAMPA型グルタミン酸受容体をもつスパインを形成するようになる[3]。

　Shank分子間のドメイン間相互作用によりオリゴマーを形成するShankと、両端に2つずつのリガンド結合部位をもつ逆平行4量体を形成するHomerは互いに架橋して、高次のネットワーク構造を形成する。このShankとHomerの高次複合体がシナプス後肥厚の骨格となると考えられる[4] 。

分子内・分子間相互作用

　Shank分子内、あるいはShank分子間の相互作用としては、アンキリンリピートとSH3ドメインが相互作用する[5]ほか、PDZドメインはホモ二量体を[6]、SAMドメインは多量体を[7] 形成する。このPDZドメインによるホモ二量体形成には、PDZドメイン本来のタンパク質結合部位は関与しないので、二量体を形成しても、他のPDZリガンドは結合できる（図2）。一方、結晶化されたSAMドメインは一周6分子の螺旋状ポリマーを形成しており（図3）、更にこの螺旋が側面で会合して、Zn2+イオンに依存性の二次元の広がりをもつシートを形成する。

　但し、SAMドメインの大きさはShank全長の3%にしか相当しないので、上流の長い配列も含めて大きなポリマーを形成できるかどうかは不明である。

図２　Shank PDZ ドメインによるダイマー形成とGKAPとの相互作用[6]
図３　Shank SAM ドメインの結晶構造[7]

Shankと相互作用するタンパク質

受容体・膜タンパク質

　いずれも、カルボキシ端がShankのPDZドメインに結合する。

  • AMPA型グルタミン酸受容体GluA1サブユニット[12]

シナプス足場タンパク質

低分子量GTP結合タンパク質を制御するタンパク質

  • IRSp53
図４　Shank PDZ ドメインとβPIXとの相互作用[21]

　

アクチン結合タンパク質

  • IRSp53

その他のタンパク質

ホスホリパーゼCβ3[26] 

ダイナミン2[27]

Dendrite arborization and synapse maturation 1 (Dasm1)[28] 

Shank遺伝子の異常

　自閉症との関連については、Shank3の変異が最初に報告されたが、[29]、その後、Shank2[30], Shank1[31]についても報告されている。Phelan–McDermid 症候群は染色体22q13部位の欠失によるもので、Shank3 の異常が原因の一つと考えられている。また、Shank3のノックアウトマウスは社会的相互作用の欠如や過剰な毛繕いなど自閉症様の表現型を呈する[32]。さらに、自閉症患者にみられるShank3のC末の欠失変異体は、優性にShank3のプロテアーゼ分解を促進して、シナプスの形成を阻害する[33]。 

関連項目

参考文献

  1. ↑ Lim, S., Naisbitt, S., Yoon, J., Hwang, J.I., Suh, P.G., Sheng, M., & Kim, E. (1999).
    Characterization of the Shank family of synaptic proteins. Multiple genes, alternative splicing, and differential expression in brain and development. The Journal of biological chemistry, 274(41), 29510-8. [PubMed:10506216] [WorldCat] [DOI]
  2. ↑ Sala, C., Piëch, V., Wilson, N.R., Passafaro, M., Liu, G., & Sheng, M. (2001).
    Regulation of dendritic spine morphology and synaptic function by Shank and Homer. Neuron, 31(1), 115-30. [PubMed:11498055] [WorldCat] [DOI]
  3. ↑ Roussignol, G., Ango, F., Romorini, S., Tu, J.C., Sala, C., Worley, P.F., ..., & Fagni, L. (2005).
    Shank expression is sufficient to induce functional dendritic spine synapses in aspiny neurons. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience, 25(14), 3560-70. [PubMed:15814786] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  4. ↑ Hayashi, M.K., Tang, C., Verpelli, C., Narayanan, R., Stearns, M.H., Xu, R.M., ..., & Hayashi, Y. (2009).
    The postsynaptic density proteins Homer and Shank form a polymeric network structure. Cell, 137(1), 159-71. [PubMed:19345194] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  5. ↑ Romorini, S., Piccoli, G., Jiang, M., Grossano, P., Tonna, N., Passafaro, M., ..., & Sala, C. (2004).
    A functional role of postsynaptic density-95-guanylate kinase-associated protein complex in regulating Shank assembly and stability to synapses. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience, 24(42), 9391-404. [PubMed:15496675] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  6. ↑ 6.0 6.1 Im, Y.J., Lee, J.H., Park, S.H., Park, S.J., Rho, S.H., Kang, G.B., ..., & Eom, S.H. (2003).
    Crystal structure of the Shank PDZ-ligand complex reveals a class I PDZ interaction and a novel PDZ-PDZ dimerization. The Journal of biological chemistry, 278(48), 48099-104. [PubMed:12954649] [WorldCat] [DOI]
  7. ↑ 7.0 7.1 Baron, M.K., Boeckers, T.M., Vaida, B., Faham, S., Gingery, M., Sawaya, M.R., ..., & Bowie, J.U. (2006).
    An architectural framework that may lie at the core of the postsynaptic density. Science (New York, N.Y.), 311(5760), 531-5. [PubMed:16439662] [WorldCat] [DOI]
  8. ↑ Tobaben, S., Südhof, T.C., & Stahl, B. (2000).
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  9. ↑ Zitzer, H., Hönck, H.H., Bächner, D., Richter, D., & Kreienkamp, H.J. (1999).
    Somatostatin receptor interacting protein defines a novel family of multidomain proteins present in human and rodent brain. The Journal of biological chemistry, 274(46), 32997-3001. [PubMed:10551867] [WorldCat] [DOI]
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  11. ↑ Kim, J.Y., Han, W., Namkung, W., Lee, J.H., Kim, K.H., Shin, H., ..., & Lee, M.G. (2004).
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（執筆者：林真理子　担当編集委員：柚崎通介）

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