脳科学辞典

ZOファミリー

2016年4月18日 (月) 22:24時点におけるWikiSysop (トーク | 投稿記録)による版 (→‎構造)

岩下 美里、*小曽戸 陽一
Korea Brain Research Institute（韓国）Mechanoneuroscience Lab
DOI：10.14931/bsd.7030　原稿受付日：2016年3月21日　原稿完成日：2016年月日
担当編集委員：大隅 典子（東北大学 大学院医学系研究科 附属創生応用医学研究センター 脳神経科学コアセンター 発生発達神経科学分野）
*：責任著者

名称の由来：Zonula occludent family

同義語：tight junction protein

　 　ZOファミリータンパク質はタイトジャンクションを構成する主要な分子である。細胞や組織のアピカル側に局在し、細胞極性形成に関わると考えられ ている。また、タイトジャンクションだけでなく、アドヘレンスジャンクションやギャップジャンクションにも局在が見られることから、広く細胞間結合構造の 維持に関与する分子であると考えられる。近年では、細胞内シグナル伝達分子や転写調節因子として働き、細胞増殖を調節するという報告もなされている。脳神 経系では、発生期の神経上皮組織において神経前駆細胞の極性形成に関わる。また、ギャップ結合を介したグリア細胞同士の細胞間コミュニケーションへの関与 も示唆されている。一方、血液脳関門や血液脳脊髄液関門などの組織と体液の境界領域において、様々な物質の透過を調節するバリアとして機能し、脳神経系の 恒常性の維持に寄与している。

Tight junction protein 1
ファイル:Protein TJP1 PDB 2h2b.png
PDB rendering based on 2h2b.
Identifiers
Symbols TJP1; ZO-1
External IDs OMIM: 601009 MGI: 98759 HomoloGene: 2445 GeneCards: TJP1 Gene
RNA expression pattern
PBB GE TJP1 202011 at tn.png
PBB GE TJP1 214168 s at tn.png
More reference expression data
Orthologs
Species Human Mouse
Entrez 7082 21872
Ensembl ENSG00000104067 ENSMUSG00000030516
UniProt Q07157 P39447
RefSeq (mRNA) NM_001301025 NM_001163574
RefSeq (protein) NP_001287954 NP_001157046
Location (UCSC) Chr 15:
29.7 – 29.97 Mb		 Chr 7:
65.3 – 65.37 Mb
PubMed search [1] [2]
Tight junction protein 2
ファイル:Protein TJP2 PDB 2csj.png
PDB rendering based on 2csj.
Identifiers
Symbols TJP2; C9DUPq21.11; DFNA51; DUP9q21.11; PFIC4; X104; ZO2
External IDs OMIM: 607709 MGI: 1341872 HomoloGene: 3541 GeneCards: TJP2 Gene
RNA expression pattern
PBB GE TJP2 202085 at tn.png
More reference expression data
Orthologs
Species Human Mouse
Entrez 9414 21873
Ensembl ENSG00000119139 ENSMUSG00000024812
UniProt Q9UDY2 Q9Z0U1
RefSeq (mRNA) NM_001170414 NM_001198985
RefSeq (protein) NP_001163885 NP_001185914
Location (UCSC) Chr 9:
69.12 – 69.26 Mb		 Chr 19:
24.09 – 24.23 Mb
PubMed search [3] [4]
Tight junction protein 3
Identifiers
Symbols TJP3; ZO-3; ZO3
External IDs OMIM: 612689 MGI: 1351650 HomoloGene: 8458 GeneCards: TJP3 Gene
RNA expression pattern
PBB GE TJP3 213412 at tn.png
More reference expression data
Orthologs
Species Human Mouse
Entrez 27134 27375
Ensembl ENSG00000105289 ENSMUSG00000034917
UniProt O95049 E9QL54
RefSeq (mRNA) NM_001267560 NM_001282095
RefSeq (protein) NP_001254489 NP_001269024
Location (UCSC) Chr 19:
3.71 – 3.75 Mb		 Chr 10:
81.27 – 81.29 Mb
PubMed search [5] [6]

ZOファミリーとは

　ZO ファミリータンパク質は、上皮組織の密着結合に含まれるタンパク質として同定された表在性膜タンパク質である[1] [2]。多細胞生物の上皮組織では、上皮細胞が互いに接着したシート状構造を呈する。上皮シート構造の形成・維持には、頂端側に存在する密着結合・接着結合・デスモソーム結合といった、細胞間結合構造が重要な役割を果たしている。ZOファミリータンパク質は、細胞間結合構造の裏打ちタンパクとして働き、主に（1）細胞間結合構造の形成と維持、（2）物質透過の制御、（3）細胞極性形成などの役割を担っている。近年では、ZOタンパク質が核内に移動し、細胞内シグナル伝達や転写調節を担うことも報告されている[3]。

構造ならびにファミリー

 
図1．ZOファミリータンパク質の構造
N末端側にPDZドメイン（1、2、3の数字で示す）、SH3ドメイン、GUK（GK）ドメインが存在する。 ZO-1、ZO-2のC末端側およびZO-3のN末端側にはプロリンリッチな領域（P）が存在する。ZO-1とZO-2のC末端側には選択的スプライシング部位（α、β、γ）が存在する。+、-はそれぞれ塩基性領域、酸性領域を表す。▼は核局在シグナル領域、▽は核外移行シグナル領域を示す[1]を一部改変。

　ZOファミリータンパク質（図1）は、membrane-associated guanylate kinase（MAGUK）ファミリーに分類される。分子量220kDaのZO-1[2] [4]、160kDaのZO-2[5] [6]、130kDaの ZO-3[7]の3種類がある。これらに共通の構造として、3個のPDZドメイン、1個のSrc homology 3（SH3）ドメイン、1個のグアニル酸キナーゼ (GUKまたはGK)ドメインが挙げられる。また、プロリンリッチ領域が、ZO-1、ZO-2ではカルボキシル末端側、ZO-3では第2PDZドメインと第3PDZドメインの間に存在する[1]。また、ZO-1およびZO-3は2つの核局在シグナル領域を、ZO-2は核局在シグナル領域と核外移行シグナル領域をひとつずつ持っている[1] [8]。

　3種のZOタンパク質を区別するのはC末端領域の構造である（図1）。ZO-1とZO-2のC末領域には選択的スプライシング部位があり、多様なスプライスバリアントが存在する[9] [10]。ZO-1には3カ所、ZO-2には2カ所が報告されているが、ZO-3には選択的スプライシング部位がない[1]。 スプライスバリアントの多様性が、組織や細胞における発現の違いに反映されると考えられる[1]。

結合タンパク質

　ZOファミリータンパク質の主な結合パートナーは、膜タンパク質、細胞骨格、カドヘリンと複合体を形成するタンパク質群（カテニン）、およびZOファミリータンパク質である。細胞膜側で膜タンパク質と、細胞質側で細胞骨格、カテニン、ZOファミリーと結合する。

　密着結合にはクローディン、オクルディンといった膜貫通型タンパク質が存在する[11]。各ZOファミリータンパク質は、第一PDZドメインを介してクローディンと結合する。オクルディンとの結合部位は、ZO-1ではGUKドメイン、ZO-2では第一PDZドメインからGUKドメインまでの、C末端を除いた領域である。ギャップ結合には、膜貫通型タンパクであるコネクシンファミリータンパク質が存在する。ZOファミリータンパク質は、PDZドメインを介してこれらと結合する[12]。

　一方、密着結合部位の細胞質側では、ZOファミリータンパク質はC末端側を介して細胞骨格であるF-アクチンと結合する[9] [10]。接着結合部位では、ZO-1はGUKドメインを介してα-カテニンと、ZO-2はC末端を除く部位でα-カテニンと、ZO-3はC末端側でP120カテニンと結合する[4] [13]。また、ZOタンパク間の結合は、PDZドメインを介して行われる。

組織発現

　ZOファミリーの発現は主に上皮組織や間葉系組織で観察される。ZO-1の組織発現は、受精後から生体まで、幅広く報告されている。一方、ZO-2およびZO-3の組織発現については、胎生期から生後直後の時期に関する報告がほとんどである。

　ZOファミリーの中で、組織発現に関する報告が最も多いのがZO-1である。ほとんどの上皮組織と血管に発現が見られる。中枢神経系においては、発生期の終脳・間脳・中脳・後脳・脊髄およびその髄膜、末梢では後根神経節などに発現している。ZO-2は、下顎臼歯間充織や女性生殖器を構成する上皮組織、泌尿器系の上皮組織などで発現が報告されている。また、中枢神経系では、発生期の後脳や脊髄で発現が確認されている。ZO-3は主に口腔上皮や下顎臼歯間充織、生殖器・泌尿器系組織の上皮で発現が確認されている[14]。

神経組織における発現と機能

神経系形成初期

　発生期の神経上皮では、脳室面が頂端（apical）側となる。神経系形成初期の脳室面ではZO-1の発現が見られる。神経管が形成される前の神経板期ではZO-1はオクルディンと結合し、機能的な密着結合を形成している。神経管閉鎖時には脳室面におけるオクルディンの発現が消失し、その後、接着結合の構成タンパク質であるN-カドヘリン[15]が発現してくる。このとき、脳室面でのZO-1の発現が維持される[16]ことから、ZO-1は神経前駆細胞間の接着結合の維持にも関わると考えられる。

神経発生期

　神経管閉鎖後の神経上皮組織では、神経前駆細胞から神経細胞が産生されるようになる。この時期には、脳室面においてZO-1の発現が観察される[17]。細胞レベルでは神経前駆細胞のapical processに発現している。神経前駆細胞が分裂するとき、ZO-1陽性のapical processが2つの娘細胞に分配される。apical processとbasal processを受け継いだ娘細胞は、自己複製能をもつ神経前駆細胞となる。一方で、apical processのみ受け継いだ娘細胞は、神経細胞もしくはbasal progenitorとなってSVZで分裂し、2つの神経細胞を産生する[18]。したがって、ZO-1は、神経前駆細胞のapical-basalの極性形成に寄与すると考えられる。

グリア細胞

　アストロサイトやオリゴデンドロサイトはギャップ結合を介した細胞間コミュニケーションを行う。この領域において、ZO-1の発現が報告されている[19] [20] [21] [22]。ギャップ結合において、ZO-1はコネクシンファミリーに属するタンパク質（Cx-）と結合する[23]。アストロサイト側のギャップ結合では、ZO-1はCx30、Cx43と結合する[12] [20]。オリゴデンドロサイト側のギャップ結合では、ZO-1はコネクシンCx47と結合する[22]。しかし、ギャップ結合形成におけるZO-1の役割は明らかになっていない。ZO-1がコネクシンの細胞内膜輸送に関与し、ギャップ結合のターンオーバーを担うという報告もあるが、まだ検証の余地を残している[24] [25] [26]。

血液脳関門

　血液脳関門（Blood-brain barrier;BBB）は、血管内皮細胞（endothelial cell）、アストロサイト（astrocyte） 、周皮細胞（pericyte）から構成される。最も内腔に位置する血管内皮細胞同士は密着結合で強固につながっている[27]。この構造は、不要な物質や薬物、病原体の中枢神経系への進入を防ぐために重要である。BBBにおける密着結合にはオクルディン、クローディン-1およびクローディン-5が局在する[28] [29]。ZO-1は細胞質側からこれらの膜貫通型タンパク質に結合する。さらに、ZO-2およびZO-3がZO-1に結合することで、強固な結合構造を保っている。また、ZOファミリータンパク質は、細胞質側でアクチンと結合し、内皮細胞の形態保持に関わっている[7]。

脈絡叢

　脈絡叢は一層の上皮細胞からなる。側脳室、第3脳室、第4脳室に存在し、脳脊髄液（CSF）を産生・分泌する。頂端膜側は脳脊髄液に接し、基底膜側で血管に接している。脈絡叢の頂端膜側には密着結合が存在し、血液脳脊髄液関門（blood-CSF barrier）を形成する。脈絡叢を構成する上皮細胞間の密着接合部位では、ZO-1の発現が見られる。密着結合の細胞質側でZO-1はクローディン-1、2、11およびオクルディンと結合し[30]、血液-脳脊髄液間の物質の移動を制御することで脳の恒常性を維持している。

関連項目

参考文献

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