「カルシウム」の版間の差分

カルシウムは原子番号20の金属元素。元素記号はCa。周期表第2族アルカリ土類元素の一種で、ヒトを含む動物の代表的なミネラル（必須元素）である。骨や歯の形成のみならず、カルシウムイオン（Ca²⁺）は細胞内[[シグナル伝達]]を担う代表的な[[セカンドメッセンジャー]]の一つであり、広範な細胞機能の制御に関与している。

脳神経系においても、[[神経伝達物質]]放出、[[シナプス可塑性]]、神経[[細胞死]]のトリガーとなるものであり、また各種[[グリア細胞]]機能の制御に不可欠である。本稿では、このCa²⁺依存性シグナルの基本的性質について解説する。

== 発見の歴史 ==

江橋節郎は1950年代後半からの先駆的研究により、細胞内Ca²⁺が骨格筋収縮を制御するという機構を提唱した。そして1965年に[[カルシウム結合蛋白質]]であるトロポニンを発見し、Ca²⁺依存性シグナルの存在を世界に先駆けて証明した<ref><pubmed>5857096</pubmed></ref>。次いで1970年には垣内史郎とWai Yiu Cheungにより[[カルモジュリン]]が発見され、Ca²⁺が筋収縮のみならず広範な細胞機能を制御することが明確になった<ref><pubmed>4320714</pubmed></ref><ref><pubmed>4315350</pubmed></ref>。

さらにRoger Y Tsienによる[[カルシウム指示薬]]の開発<ref><pubmed>3838314</pubmed></ref>により、細胞内Ca²⁺濃度を生細胞にて[[蛍光イメージング]]法で測定することが可能になり、Ca²⁺ウェーブやCa²⁺オシレーションといった、細胞内Ca²⁺濃度の複雑な時空間動態が明らかとなった。

== メカニズム ==

[[細胞膜]]および[[小胞体]]膜上に存在する各種のCa²⁺[[ポンプ]]により、細胞質のCa²⁺濃度は静止時には数十nM (10^-8~10^-7 M)程度に保たれる。これは細胞外Ca²⁺濃度（~10^-3 M）の一万分の一以下という非常に低い濃度であり、他の生体内無機イオンではこれほど大きな細胞内外の濃度差は見られない。以下に示すCa²⁺チャネルを経て細胞質にCa²⁺が供給されることによりCa²⁺濃度が上昇し、[[カルシウム結合蛋白質]]を介して様々な細胞内シグナルが活性化される。

細胞内Ca²⁺シグナルの特筆すべき性質は、その局所性である。例えば単一の[[樹状突起スパイン]]に限局したCa²⁺濃度上昇が惹起され、これにより入力特異的なシナプス可塑性等の制御が実現されている。この局所性はCa²⁺チャネルの限局やスパインの構造のみならず、Ca²⁺ポンプによる速やかな除去や、高濃度のカルシウム結合蛋白質によるCa²⁺拡散の阻害、等が重要な寄与を果たしている。

=== 細胞外からの流入 ===

Ca²⁺に対して透過性をもつ[[イオンチャネル]]を介して、大きな電気化学的勾配に従いCa²⁺が細胞外から細胞質へ流入する。脳神経系においては主に以下に挙げるイオンチャネルが関与する。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

== 応用 ==

 

神経細胞では[[活動電位]]の発生に伴いCa²⁺流入が起こるので、カルシウム指示薬を用いて、神経細胞の活動を蛍光イメージングにより検出することが可能である。特に近年、[[２光子レーザー走査顕微鏡]]を用いることで、生体内の個々の神経細胞を解像して、その活動を可視化することが可能になった<ref><pubmed>15660108</pubmed></ref>。多数の神経細胞の位置情報と活動情報を一度にかつ正確に得るという、従来は非常に困難であったことを可能にした手法であり、近年活発な応用が進められている。  

 

 

 

 

 

 

 

== 参考文献 ==

 

<references />  

この用語にリダイレクトする同義語：カルシウムシグナル、カルシウムシグナリング、カルシウムイオン、Ca²⁺