「SNARE複合体」の版間の差分

[[image:snare複合体1.png|thumb|350px|'''図1．リン脂質膜の融合'''<br>A.　標的膜への小胞膜の接近。2つの脂質膜のリン脂質の混ざり合いは起こっていない。　B.　へミフュージョン。小胞膜の外側のリン脂質が標的膜のリン脂質と融合し、小胞膜と標的膜の疎水性部位（黄色で表示）が、水層を超えて連絡している。　C.　フュージョン。2つの脂質膜が完全に融合している。<br><ref><pubmed>7780737</pubmed></ref>より改変]]

[[image:snare複合体2.png|thumb|350px|'''図2．Heptad repeat（7アミノ酸繰り返し構造）'''<br>A.　Heptad repeatモチーフを持つポリペプチド鎖のアミノ酸配列を、7残基ごとに改行してアミノ酸の1文字表記で表したもの。7アミノ酸をa～gとした場合、a位とd位に疎水性のアミノ酸が配置されている。　B. Heptad repeatモチーフを持つポリペプチド鎖が3.5アミノ酸残基で一回転するへリックス構造をとった場合のa～gアミノ酸の位置をへリックスの上から見たもの。C.　同じく横から見たもの。疎水性のa位とd位のアミノ酸（黄色で示してある）が、へリックスの片面に集まって配置される。]]

[[image:snare複合体4.png|thumb|350px|'''図3．SNARE複合体の基本構造'''<br>A.　シナプトブレビン（R）、シンタキシン1A（Qa）SNAP-25のN末側（Qb）およびSNAP-25のC末側（Qc）のSNAREモチーフのアミノ酸の一次配列。N末端を左にして、アミノ酸の1文字表記で示してある。Heptad repeatのa位およびd位のアミノ酸を赤字で示してある。SNAREモチーフの中央付近にはd位のアミノ酸に親水性のアルギニン（R）あるいはグルタミン（Q）が配置された箇所があり、これらのアミノ酸側鎖が作るレイヤーを0レイヤーと呼んでいる。0レイヤーを中心に、各レイヤーには-7～-1および+1～+8の番号が振られている。B.　X線結晶解析で明らかにされたSNARE複合体の構造。シンタキシン1（赤, Syn1）、SNAP-25（緑, S25NおよびS25C）、シナプトブレビン2（青, VAMP2）のSNAREモチーフを含む領域を、N末端が左手に来るようにカートゥーンモデルで示し、0レイヤーのアミノ酸側鎖のみを球棒モデルで示してある。C.　SNARE複合体が形成されたシナプス小胞と細胞膜の模式図。]]

[[image:snare複合体5.png|thumb|350px|'''図4．レイヤー面の構造'''<br> A. シナプスのSNARE複合体の0レイヤー、-2レイヤー、+2レイヤーのレイヤー面のアミノ酸側鎖を棒球モデルで示してある。上図はSNARE複合体を側面から、下図は真横から見たもので、ポリペプチド主鎖はバックボーンモデルで示してある。棒球モデルの赤色、青色、黄色および灰色の球は、それぞれ酸素、窒素、硫黄、および炭素原子を表している。]]

[[image:snare複合体3.png|thumb|350px|'''図5．SNAREタンパク質のモチーフ構造'''<br>シナプス小胞の開口放出に関わるSNAREタンパク質であるシンタキシン1A, SNAP-25およびシナプトブレビン2の分子構造。N末端が左側に来るように表示してある。シンタキシン1AのN末端側には、HA、HB、HCの3つのへリックスからなるN末ドメインが、C末端側にはSNAREモチーフが存在する。カルボキシ末端には20残基以上の疎水性アミノ酸が連なる膜貫通領域（TM）が存在し、リンカ―（L）によってSNAREモチーフと結ばれている。SNAP-25にはN末側とC末側の2か所にSNAREモチーフが存在する。SNAP-25は膜貫通領域を持たないが、分子の中央付近にあるパルミトイル化されたシステイン残基のクラスターを介して細胞膜に係留されている。シナプトブレビン2にはSNAREモチーフが1か所存在し、カルボキシ末端にある膜貫通領域とリンカ―で結ばれている。]]

[[image:snare複合体6.png|thumb|350px|'''図6．SNAREタンパク質の系統樹'''<br>　ヒトのSNAREタンパク質をSNAREモチーフのアミノ酸配列の近縁性を基に作成した。Qa、Qb、Qc、Rの主要なグループに分類され、SNARE複合体の形成に際しては、各グループから一つずつSNAREモチーフが供出される。<br><ref name=ref4 />より改変]]

[[image:snare複合体7.png|thumb|350px|'''図7．シンタキシン1のコンフォメーション'''<br>シンタキシン1の細胞内領域には、HA、HBおよびHCへリックスから構成されるN末側のN末ドメインとC末側のSNAREモチーフが存在する。シンタキシン1はN末ドメインにSNAREモチーフの一部が結合したclosed conformationとN末ドメインと、SNAREモチーフが解離したopen conformationをとり得る。Open conformationのシンタキシン1は、SNAP-25やシナプトブレビン2と会合しSNARE複合体を形成できるが、closed conformationのシンタキシン1はSNARE複合体を形成できない。Munc18はclosed conformationのシンタキシン1に結合し安定化させることによりSNARE複合体形成を抑制する。Munc13には二つのコンフォメーションの平衡をopen conformation側にずらす作用があり、SNARE複合体形成を促進させるプライミング因子である。<br><ref name=ref20 />より改変]]

[[image:snare複合体8.png|thumb|350px|'''図8．SNARE複合体形成のクランプ仮説'''<br>シンタキシン/SNAP-25複合体にコンプレキシンが作用すると（A）、シナプトブレビン2との複合体形成が促進されるが、N末端側から始まるSNARE複合体形成は0-レイヤー付近で停止ししている（B, クランプ状態）。Ca2+濃度が上昇するとシナプトタグミンがコンプレキシンに代わってSNARE複合体に結合してクランプが外れ、SNARE複合体形成が最後まで進行して小胞膜と細胞膜の融合が引き起こされる。このような機構を用いることにより、Ca2+濃度上昇後数ミリ秒以内での膜融合が可能になると考えられる。<br><ref name=ref27 />より改変]]

[[image:snare複合体9.png|thumb|350px|'''図9．X線構造解析で明らかにされたcis型SNARE複合体の分子構造'''<br>小胞膜と細胞膜が融合する前のSNARE複合体は、v-SNAREとt-SNAREは別々の生体膜に存在するtrans型であるが、融合後は同一の膜上に存在するcis型となる。細胞膜貫通領域を含めたcis-SNARE複合体では、シンタキシン1やシナプトブレビン2のSNAREモチーフのへリックス構造はリンカ―や細胞膜貫通部位にまでつながっている。このためリンカ―や細胞膜貫通部位でも、シンタキシン1のシナプトブレビン2のへリックスは側鎖を介して会合し複合体を形成し、小胞膜と細胞膜を著しく接近させることで膜融合が起こると考えられる。<br><ref name=ref38 />より改変]]

　v-SNAREを組み込んだリポソームの平面膜への融合速度は遅く、結合してから10-100 ms後でないと起らないが、神経伝達物質放出は非常に素早く起こり、Ca2+流入後1 ms以内には完了する。このような素早い放出を可能にするためには、律速段階であるSNARE複合体形成は予めある段階まで進行させておき、Ca2+の流入に即応して素早く複合体形成が完了できる状態にしておく必要があると考えられる<ref name=ref21 /> <ref name=ref27><pubmed>16498411</pubmed></ref> <ref name=ref28><pubmed>16888141</pubmed></ref> <ref name=ref29><pubmed>20142423</pubmed></ref>。SNARE複合体形成はN末端側から始まり、ジッパーを締めるようにC末方向に進行していく。コンプレキシン（Complexin）は134アミノ酸からなる小型のタンパク質で、分子の中央部のへリックス部位がSNARE複合体のN末側に結合しSNARE複合体形成の開始を促進する<ref name=ref30><pubmed>11832227</pubmed></ref>。しかしコンプレキシンのN末側のへリックスはシナプトブレビン2のSNAREモチーフのC末側と拮抗しSNARE複合体形成の完了を阻害する。このためコンプレキシン存在下ではSNARE複合体形成は０レイヤー付近で停止した「クランプ」状態に止まることになり膜融合は引き起こされない<ref name=ref31><pubmed>18499660</pubmed></ref> <ref name=ref32><pubmed>21785414</pubmed></ref> <ref name=ref33><pubmed>19164751</pubmed></ref>。Ca2+濃度が高まるとシナプトタグミン（Synaptotagmin）がコンプレキシンにとって代わって結合してクランプ状態を解除し、その結果SNARE複合体形成が完了して膜融合が速やかに引き起こされる<ref name=red13 /> <ref name=ref34><pubmed>21785412</pubmed></ref>（図8）。シナプトタグミンはCa2+依存的にリン脂質に結合するが、リポソームにシナプトタグミンを加えると、チューブ状の構造ができることから、結合した脂質2重膜の曲率を変化させる作用があると考えられる。これらのことからシナプトタグミンにはクランプ状態を解除させる機能に加え、細胞膜の曲率を局所的に変えることにより、膜融合の速度をさらに加速する機能もあると考えられる<ref name=ref35><pubmed>17478680</pubmed></ref> <ref name=ref36><pubmed>20211126</pubmed></ref> <ref name=ref37><pubmed>19703397</pubmed></ref>。