脳科学辞典

αアクチニン

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Αアクチニン

丸山　敬
埼玉医科大学　医学部 医学部　薬理学
太田　安隆
北里大学理学部生物科学科 生体機能学講座
DOI：10.14931/bsd.87　原稿受付日：2012年3月12日　原稿完成日：2013年6月6日
担当編集委員：林　康紀（独立行政法人理化学研究所）

英語名：α-actinin

　αアクチニンは1965年に発見されたアクチン結合タンパク質である。非骨格筋型はカルシウム制御を受けている。脳には骨格筋型も存在し、細胞骨格の一員として様々な生理機能に関与している。骨格筋からアクチン結合タンパク質として、その後、βアクチニン（CapZ）、γアクチニン、EUアクチンが報告されているが、αアクチニンとは全く別種のタンパク質と考えられる。

Actinin, alpha 1
PDB rendering based on 1sjj.
Identifiers
Symbols ACTN1; FLJ40884; FLJ54432
External IDs OMIM: 102575 MGI: 2137706 HomoloGene: 55553 GeneCards: ACTN1 Gene
RNA expression pattern
More reference expression data
Orthologs
Species Human Mouse
Entrez 87 109711
Ensembl ENSG00000072110 ENSMUSG00000015143
UniProt P12814 Q7TPR4
RefSeq (mRNA) NM_001102.3 NM_134156.2
RefSeq (protein) NP_001093.1 NP_598917.1
Location (UCSC) Chr 14:
69.34 – 69.45 Mb		 Chr 12:
81.27 – 81.36 Mb
PubMed search [1] [2]
Actinin, alpha 2
PDB rendering based on 1h8b.
Identifiers
Symbols ACTN2; CMD1AA
External IDs OMIM: 102573 MGI: 109192 HomoloGene: 31016 GeneCards: ACTN2 Gene
RNA expression pattern
More reference expression data
Orthologs
Species Human Mouse
Entrez 88 11472
Ensembl ENSG00000077522 ENSMUSG00000052374
UniProt P35609 D3YY95
RefSeq (mRNA) NM_001103.2 NM_033268.4
RefSeq (protein) NP_001094.1 NP_150371.4
Location (UCSC) Chr 1:
236.85 – 236.93 Mb		 Chr 13:
12.36 – 12.43 Mb
PubMed search [3] [4]
Actinin, alpha 3
PDB rendering based on 1tjt.
Identifiers
Symbols ACTN3; MGC117002; MGC117005
External IDs OMIM: 102574 MGI: 99678 HomoloGene: 862 GeneCards: ACTN3 Gene
RNA expression pattern
More reference expression data
Orthologs
Species Human Mouse
Entrez 89 11474
Ensembl ENSG00000248746 ENSMUSG00000006457
UniProt D6RH00 Q14DS8
RefSeq (mRNA) NM_001104 NM_013456.1
RefSeq (protein) NP_001095 NP_038484.1
Location (UCSC) Chr 11:
66.31 – 66.33 Mb		 Chr 19:
4.86 – 4.88 Mb
PubMed search [5] [6]
Actinin, alpha 4
PDB rendering based on 1wlx.
Identifiers
Symbols ACTN4; ACTININ-4; FSGS; FSGS1
External IDs OMIM: 604638 MGI: 1890773 HomoloGene: 55857 GeneCards: ACTN4 Gene
RNA expression pattern
More reference expression data
Orthologs
Species Human Mouse
Entrez 81 60595
Ensembl ENSG00000130402 ENSMUSG00000054808
UniProt O43707 P57780
RefSeq (mRNA) NM_004924.4 NM_021895.2
RefSeq (protein) NP_004915.2 NP_068695.1
Location (UCSC) Chr 19:
39.14 – 39.22 Mb		 Chr 7:
29.68 – 29.75 Mb
PubMed search [7] [8]

研究の歴史

　α-アクチニンは1965年に江橋節郎、文子夫妻と丸山工作により骨格筋の粗精製アクチンよりカルシウム制御因子（トロポニン）の生成過程で超沈殿（アクチンとミオシンがATP付加により形成する凝集体を吸光度として測定する）を促進する活性因子として分離された[1]最初のアクチン結合タンパク質である。当時のアミノ酸組成分析（今では古典的な各アミノ酸の含有量をスター図で示す比較法）ではアクチンと類似しているデータが得られたために、アクチニンと命名された [2]。

構造

　分子量は〜100kDaであり、カルポニン様ドメイン、スペクトリン様繰り返し配列（SpR）、EFハンド（骨格筋タイプではCa結合能を失っている）を持つカルモジュリン様ドメイン（CaM）からなる。二つの分子がN末端とC末端をアンチパラレルに結合したホモダイマーとなり、その両端がアクチン結合能を持つ。逆平行に結合したホモダイマーとして存在する。

　ACTN1と4のC末端カルモジュリン様ドメインのEFハンドは機能しており、カルシウムを結合するカルシウム制御性因子である。骨格筋型のACTN2と3のEFハンドはカルシウム結合能を失っている。


  •  
    図1．αアクチニンの構造
    カルポニン様ドメイン、スペクトリン様繰り返し配列（SpR）、EFハンド（骨格筋タイプではCa結合能を失っている）を持つカルモジュリン様ドメイン（CaM）からなる。二つの分子がN末端とC末端をアンチパラレルに結合したホモダイマーとなり、その両端がアクチン結合能を持つ。

ファミリー

　ヒトのαアクチニンにはACTN1、2、3、4の4個が見出されている。

発現

　代表的なアクチン結合タンパク質の名に恥じず、αアクチニンは基本的にはアクチン線維と共存している。アクチン線維の構造の制御と他のタンパク質をアクチン線維（細胞骨格）に結合する足場／骨格タンパク質（scaffold protein）として機能している。シナプスにおいてはシナプス後膜 (post-synaptic densities、PSD)に局在しアクチン線維とNMDA受容体の連絡に関与していると考えられている。ACTN2は海馬の歯状回(dentate gyrus)でCA1より強く発現している[3]。


表．アクチニンサブタイプの分布、Ca結合能、ノックアウトマウスでの表現型

分布 Ca結合能 遺伝子異常
ACTN1 骨格筋以外の細胞（平滑筋を含む）比較的細胞膜直下に局在。いわゆる"non-muscle" α-actinin (+)
カルシウムが結合するとアクチン結合能が低下する 		ノックアウトマウスは PubMed、MGI検索（2012年2月）で見いだされず。
ACTN2 骨格筋(全て）、心筋、脳　いわゆる"muscle" α-actinin (-) ヒト心筋症で変異が見出されている。ゼブラフィッシュのノックアウトでは骨格筋と心筋の形成不全が生じた [4]。
ACTN3 骨格筋(glycolytic muscle、速筋のみ）。いわゆる"muscle" α-actinin
 (-) 欧州人では18％程度が停止コドン挿入により欠落しているが、正常型とほとんど速筋に違いは見られない。マウスでは速筋の代謝が遅筋的に変化することが示された[5]。
ACTN4 骨格筋以外の細胞（平滑筋を含む）比較的細胞質／核に局在。いわゆる"non-muscle"α-actinin (+)
カルシウムが結合するとアクチン結合能が低下する
 一部の優性遺伝の巣状文節性糸球体硬化症 (focal and segmental glomerulosclerosis)で変異が見出されている。ノックアウトマウスでも糸球体病変が出現する[6]。

遺伝子名はAllen Brain Atlasにリンクしている。

機能

　αアクチニンはアクチン結合タンパク質でありF-actin（線維状アクチン）を架橋する、いわゆる細胞骨格タンパク質である。細胞骨格を介して数多くの機能に間接的に直接的に関与している[7]。

シグナル伝達

　αアクチニンはシグナル伝達に関与する分子群の足場タンパク質として機能している。また、様々なシグナル伝達経路でその機能が調節されている。

  1. プロテアーゼ（カルパイン）を介した制御
    αアクチニンはMAPKKKであるMEKK1に結合し，MEKK1を介したカルパインの活性化を制御している。
  2. イノシトールリン脂質を介したシグナル伝達
    αアクチニンはPIP2やPIP3に結合し、これらの結合はαアクチニンのインテグリンに対する結合を阻害し、またアクチン線維架橋能も低下する。また、αアクチニンはPI3キナーゼの調節サブユニットに直接結合する。
  3. タンパク質キナーゼによるリン酸化
    αアクチニンはFAK (focal adhesion kinase)などのチロシンキナーゼでリン酸化される。
  4. カルシウムイオンを介した調節
    非筋型αアクチニンはカルシウムイオンと結合するとアクチン線維に対する結合能が低下する。

シナプスに於ける機能

　αアクチニンはシナプスにおいて相互作用する分子が複数同定されており、シナプスにおいて重要な働きをしていると考えられている。

  1. NMDA受容体
    ACTN2はNMDA受容体とシナプス後膜で特異的に結合している。この結合は、Ca/CaMで阻害されるので、NMDA受容体に抑制的に働いていると考えられている。
  2. Densin
    Densinは膜貫通型糖タンパク質で細胞質側にPDZドメインをもち、PSDに発現している。αアクチニンはDensinと特異的に結合している。またDensinはCaMKIIとも結合するので、ACTN-CaMKII-Densin複合体がシナプスの機能に関与していると考えられている。
  3. A2A受容体
    αアクチニンはアデノシンA2A受容体に結合し、A2A受容体の凝集と細胞内移行(internalization)に関与していると考えられている。


  •  
    図2．αアクチニンによるF-actinの束化
    αアクチンはアクチン結合蛋白質であり、Fアクチン（線維状アクチン）を束ねる。

疾患との関わり

　細胞骨格と悪性腫瘍はその浸潤や増殖の過程で様々な関係が報告されていている。いわゆる細胞骨格タンパク質が転写制御を行うことが見いだされているが[8]、αアクチニンについても転写を活性化することが報告されている[9]。脳腫瘍との関連では、たとえば脳腫瘍のなかで最も悪性のglioblastomaの浸潤との関連が指摘されている[9]。

その他のアクチニンと名称がつく分子

βアクチニン

　丸山工作らが報告したβアクチニンは分子量3万程度の2個のサブユニットからなるヘテロダイマーである。当初、βアクチニンは骨格筋のZ膜側とは反対側（矢じり端＜＊注1＞）に結合して、アクチンフィラメントの長さを一定に保つ機能が推定されていた。1981年にはProc Natl Acad Sciにβアクチニンはアルブミンであるという論文が掲載されたが、さすがにこれは誤報であった＜＊注2＞。しかし、1987年にZ膜から反矢じり端結合タンパク質が精製され、CapZと命名された。CapZはβアクチニンに他ならなかった。βアクチニンが矢じり端に結合すると思われたのは混和タンパク質（トロポモジュリン）によるものと結論された。このためβアクチニンの名前はほぼ消滅し、現在はCapZが定着している。

　CapZは骨格筋と心筋で見いだされおり、Z膜へアクチン線維を固定化している。マウスではCapZの部分欠損はプロテインキナーゼC系シグナル伝達が低下し、心筋肥大と生後早期死亡をもたらす[10]。

＜＊注1＞ F（線維状）アクチンには方向性があり、ミオシン頭部を結合させると矢じり構造を示す。この矢印の先端側を矢じり端（pointed end、P端、－端）、その反対側を反矢じり端（barbed end、B端、＋端）という。アクチンの重合速度（線維の伸長速度）は反矢じり端のほうが早い（アクチンモノマーが結合しやすい、5～10倍）ことから、反矢じり端は＋端とも表現される。骨格筋ではアクチンはZ膜に反矢じり端を埋め込むように固定され、矢じり端は自由端となっている。

＜＊注2＞ 丸山工作は反論の論文をProc Natl Acad Sci誌が掲載を認めないことに不満を唱えた。結局、反論論文はJ. Biochem[11]に掲載された。

  •  
    図3．アクチン線維（F-actin）の方向性
    アクチン線維にミオシン頭部を結合させて電子顕微鏡で観察すると鏃（やじり）構造が観察される。矢印の頭部にあたる端を矢じり端、反対の尾部にあたる端を反矢じり端という。

Euアクチニンとγアクチニン

　丸山工作の一派により、ウサギ骨格筋からγアクチニン[12]とニワトリ骨格筋からEuアクチニン[13]が報告されている。それぞれ1報告のみであり、クローニングもされておらず、詳細は不明である。

関連項目

参考文献

  1. ↑ Ebashi, S., & Ebashi, F. (1965).
    Alpha-actinin, a new structural protein from striated muscle. I. Preparation and action on actomyosinàtp interaction. Journal of biochemistry, 58(1), 7-12. [PubMed:5857104] [WorldCat] [DOI]
  2. ↑ Maruyama, K. (2002).
    beta-Actinin, Cap Z, connectin and titin: what's in a name? Trends in biochemical sciences, 27(5), 264-6. [PubMed:12076539] [WorldCat] [DOI]
  3. ↑ Wyszynski, M., Kharazia, V., Shanghvi, R., Rao, A., Beggs, A.H., Craig, A.M., ..., & Sheng, M. (1998).
    Differential regional expression and ultrastructural localization of alpha-actinin-2, a putative NMDA receptor-anchoring protein, in rat brain. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience, 18(4), 1383-92. [PubMed:9454847] [WorldCat]
  4. ↑ Gupta, V., Discenza, M., Guyon, J.R., Kunkel, L.M., & Beggs, A.H. (2012).
    α-Actinin-2 deficiency results in sarcomeric defects in zebrafish that cannot be rescued by α-actinin-3 revealing functional differences between sarcomeric isoforms. FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology, 26(5), 1892-908. [PubMed:22253474] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  5. ↑ Vincent, B., Windelinckx, A., Van Proeyen, K., Masschelein, E., Nielens, H., Ramaekers, M., ..., & Thomis, M. (2012).
    Alpha-actinin-3 deficiency does not significantly alter oxidative enzyme activity in fast human muscle fibres. Acta physiologica (Oxford, England), 204(4), 555-61. [PubMed:21933355] [WorldCat] [DOI]
  6. ↑ Kos, C.H., Le, T.C., Sinha, S., Henderson, J.M., Kim, S.H., Sugimoto, H., ..., & Pollak, M.R. (2003).
    Mice deficient in alpha-actinin-4 have severe glomerular disease. The Journal of clinical investigation, 111(11), 1683-90. [PubMed:12782671] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  7. ↑ Oikonomou, K.G., Zachou, K., & Dalekos, G.N. (2011).
    Alpha-actinin: a multidisciplinary protein with important role in B-cell driven autoimmunity. Autoimmunity reviews, 10(7), 389-96. [PubMed:21241830] [WorldCat] [DOI]
  8. ↑ Skarp, K.P., & Vartiainen, M.K. (2010).
    Actin on DNA-an ancient and dynamic relationship. Cytoskeleton (Hoboken, N.J.), 67(8), 487-95. [PubMed:20593452] [WorldCat] [DOI]
  9. ↑ 9.0 9.1 Sen, S., Dong, M., & Kumar, S. (2009).
    Isoform-specific contributions of alpha-actinin to glioma cell mechanobiology. PloS one, 4(12), e8427. [PubMed:20037648] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  10. ↑ Yang, F.H., & Pyle, W.G. (2012).
    Reduced cardiac CapZ protein protects hearts against acute ischemia-reperfusion injury and enhances preconditioning. Journal of molecular and cellular cardiology, 52(3), 761-72. [PubMed:22155006] [WorldCat] [DOI]
  11. ↑ Maruyama, K., & Kimura, S. (1981).
    Muscle beta-actinin is not chicken serum albumin. Journal of biochemistry, 90(2), 563-6. [PubMed:7298603] [WorldCat] [DOI]
  12. ↑ Kuroda, M., & Maruyama, K. (1976).
    Gamma-Actinin, a new regulatory protein from rabbit skeletal muscle. I. Purification and characterization. Journal of biochemistry, 80(2), 315-22. [PubMed:1002672] [WorldCat] [DOI]
  13. ↑ Kuroda, M., Tanaka, T., & Masaki, T. (1981).
    Eu-actinin, a new structural protein of the Z-line of striated muscles. Journal of biochemistry, 89(1), 297-310. [PubMed:6783638] [WorldCat] [DOI]
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