「ジャンクトフィリン」の版間の差分

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<font size="+1">[http://researchmap.jp/shokakizawa 柿澤 昌]</font><br>

{{box|text=　神経・筋などの興奮性細胞においては、細胞表層膜と小胞体膜とが近接した結合膜構造が存在し、両者の膜系に存在するチャネル分子が相互作用により共役している。ジャンクトフィリンは、その結合膜構造形成に必要な分子として単離されたタンパク質である。アミノ末端側に存在する14アミノ酸からなるMORNモチーフを介して細胞表層膜と結合する一方で、カルボキシル末端側の膜貫通セグメントにおいて小胞体膜を貫通することで、両膜を架橋し結合膜構造の形成に寄与すると考えられている。現在までに4種類のサブタイプが同定されている。JP-1は骨格筋特異的に発現が見られ、JP-2は心臓と骨格筋で発現レベルが特に高い。脳においては、JP-3およびJP-4が多くの神経細胞に重複して発現分布しており、それぞれ単独のノックアウトマウスでは際立った異常は認められないが、JP-3とJP-4の二重欠損マウスでは、個体、シナプス、神経細胞レベルでの機能阻害が報告されている。神経細胞では細胞表層膜/小胞体膜のイオンチャネル間の機能的共役効率の低下によるシナプス伝達・可塑性障害が認められる。}}

== ジャンクトフィリンとは==

　骨格筋興奮収縮連関においては、細胞表層膜上の[[電位依存性カルシウムチャネル]]である[[ジヒドロピリジン受容体]]([[L型カルシウムチャネル]])と、小胞体膜上のカルシウム放出チャネルである[[リアノジン受容体]]とが蛋白質間相互作用を介して共役することで、[[脱分極]]刺激による小胞体からのカルシウム放出が引き起こされ、筋収縮が起こる<ref><pubmed>16702757</pubmed></ref>。異なる二つの膜系に存在するチャネル分子が相互作用により共役するためには、上述の結合膜構造が形成され機能的なマイクロドメインが形成される必要があると考えられる。

　ジャンクトフィリンは、興奮性細胞における結合膜構造形成に必要な分子として単離された分子量72-90kDa程度のタンパク質である<ref name="ref3"><pubmed>10949023</pubmed></ref>。最初に発見された、骨格筋で特異的に発現する1型ジャンクトフィリン([[JP-1]])に加え、相同クローニングにより２型～４型ジャンクトフィリン ([[JP-2]]～[[JP-4]]) が発見され、現在までに4種類のサブタイプが同定されている<ref name="ref4"><pubmed>14559359</pubmed></ref>。脳においては、[[JP-3]]およびJP-4が多くの神経細胞に重複して発現分布しており、それぞれ単独のノックアウトマウスでは際立った異常は認められないが、JP-3とJP-4の二重欠損マウスでは、個体、[[シナプス]]、神経細胞レベルでの機能阻害が報告されている<ref name="ref5"><pubmed>18607668</pubmed></ref>。

== 構造  ==

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image:JP34ハイドロパシー指標.jpg|'''図1．[[ウサギ]]1型ジャンクトフィリン(JP-1)のハイドロパシー指標'''<br>横軸に記されたアミノ酸番号が最も大きいカルボキシル末端側に疎水性が高い推定膜貫通領域(TM)が存在する。また、アミノ酸番号が小さいアミノ末端側には、MORNモチーフと命名された繰り返し配列が8回現れる(MORN motif)。この部分が欠損したIn vitro合成mRNAを注入した両生類初期胚の細胞では、野生型では細胞表層膜直下に局在するJP-1が細胞質内に拡散するため、この領域がJP-1と細胞表層膜との結合に必要であると考えられる(PM binding)。

image:JP34シグナル.jpg|'''図2．中枢神経細胞における細胞表層膜/小胞体膜イオンチャネル間の共役とジャンクトフィリン'''<br>海馬CA1錐体細胞では細胞表層膜(PM)上のNMDA型グルタミン酸受容体(NMDAR)、小脳プルキンエ細胞ではP/Q型電位依存性カルシウムチャネル(P/Q Ch)を介して細胞外から流入したカルシウム(Ca²⁺)は、小胞体膜(ER)上に存在するリアノジン受容体(RyRs)を活性化する(①)。さらに小胞体から放出されたCa²⁺は、細胞表層膜に存在する小コンダクタンスCa²⁺依存性カリウムチャネル(SK Ch)を活性化し(②)、正電荷を持つカリウムイオン(K⁺)が細胞外に流出することで、膜電位変化における後過分極が生じる。野生型の海馬CA1錐体細胞や小脳プルキンエ細胞では、脱分極性の電位変化に引き続き、RyRsの阻害薬であるリアノジン(Rya)やSK Chの阻害薬であるapamin(Apa)に感受性を持つ後過分極が見られるが、脳型ジャンクトフィリン(JP3/4)二重欠損マウスでは、この様な細胞表層膜/小胞体膜のイオンチャネル間の機能的共役が阻害されるために、Rya/Apa感受性を有する後過分極が阻害されると考えられる。

== サブタイプ ==

　現在まで、JP-1~JP-4まで、4種類のサブタイプが同定されている。[[wj:マウス|マウス]]では、アミノ酸数は、JP-1が660、JP-2が696、JP-3が744、JP-4が628であり<ref name="ref4" />、サブタイプ間の相同性は約40%程度である<ref name="ref3" />。[[wj:ウェスタンブロット|ウェスタンブロット]]から推測される分子量は72~95kDaであり、ジャンクトフィリン分子全体的に、アミノ酸数から推測される分子量よりも大きくなる傾向があるが、その原因は解明されていない<ref name="ref4" />。MORN配列、およびカルボキシル末端側の膜貫通領域は、サブタイプ間の相同性がそれぞれ80%、50%と、相対的に高くなっている領域である。しかし、カルボキシル末端側にある膜貫通領域を除けば、MORN配列を含め、相同性の高い部分はアミノ酸番号400番台前半までの部分に集中しており<ref name="ref4" />、C末側の膜貫通領域直前の約250個のアミノ酸配列の相同性は、約6%程度と相対的に低くなっている<ref name="ref3" />。マウスジャンクトフィリンの各サブタイプにおけるアミノ酸配列の具体的な相違については、Nishi et al. 2003<ref name="ref4" />を参照されたい。

== 発現分布  ==

　ジャンクトフィリンは興奮性細胞において、各サブタイプの発現が見られる。JP-1は骨格筋特異的に発現が見られる。JP-2は[[wj:心臓|心臓]]と骨格筋で発現レベルが特に高いほか、[[wj:消化管|消化管]]や[[wj:気管|気管]]の[[wj:平滑筋|平滑筋]]でも発現が確認され、筋細胞全般に分布すると推測される<ref name="ref3" />。

　一方、JP-3、JP-4の発現は脳に限局的であり、両者の発現部位には重複性が見られるが<ref name="ref4" />、このことは、後述のノックアウトマウアスの表現型において、JP-3、JP-4それぞれの単独ノックアウトマウスでは顕著な異常が現れないことと互いに矛盾しない。脳内におけるJP-3、JP-4の発現レベルには部位による違いが見られ、[[海馬]]の[[CA1]]～[[CA3]]領域や[[歯状回]]、[[小脳]][[顆粒細胞層]]などでは、JP-3、JP-4ともに高レベルの発現が見られる。尚、JP-3、JP-4の脳内分布に関する詳細については、Nishi et al. (2003)<ref name="ref4" />を参考にされたい。

=== JP-1欠損マウス ===

　[[wj:母乳|母乳]]を吸うことが出来ず、出生24時間以内に死亡する新生致死性を示す。JP-1欠損骨格筋では、[[wj:電子顕微鏡|電子顕微鏡]]観察により、結合膜構造 (triad junction) の形成不全が見とめられる。また張力測定では、JP-1欠損骨格筋はほぼ正常な最大張力を示すが、刺激頻度と発生張力とのプロットが正常なものより高頻度側にシフトしている。したがって、結合膜構造の形成不全により、L型カルシウムチャネルとRyR1との機能的カップリングに不備が生じて、興奮収縮連関の効率が低下しているものと考えられる<ref><pubmed>11535622</pubmed></ref>。  

=== JP-2欠損マウス ===

　受精後9.5日には心臓拍動の減弱が確認され、その翌日頃には心停止に至る、胎生致死が見とめられる。JP-2欠損心筋細胞では、細胞表層膜と[[wj:筋小胞体|筋小胞体]]膜が近接した結合膜構造であるperipheral couplingの形成が極端に減少しており、このことに由来すると推測される心筋細胞内カルシウム濃度の一過的上昇([[カルシウムトランジェント]])の異常により、心不全となる<ref name="ref3" />。  

=== JP-3欠損マウス、JP-4欠損マウス ===

　JP-3欠損マウスでは、[[運動協調能]]の軽微な異常が見られるものの<ref><pubmed>11906164</pubmed></ref>、両サブタイプの単独欠損マウスでは、顕著な異常は認められない。上述の両サブタイプの発現重複性と併せて考えると、両サブタイプ間の機能補完作用が示唆される。

　JP-3、JP-4の発現分布から推測されるとおり、JP-DKOマウスにおける海馬および小脳に関連した機能異常が、現在までに報告されている<ref name="ref5" />。  

==== 海馬長期増強と記憶学習の異常 ====

　JP-DKOマウスは、[[Y迷路テスト]]、[[受動回避テスト]]において[[記憶]][[学習]]の低下が見られる。これらに対応して、海馬CA3-CA1シナプスにおける[[長期増強]]([[LTP]])に顕著な異常が見られた。またシナプス電位応答において興奮性シナプス後電位]]に続いて現れる[[後過分極]] ([[afterhyperpolarization]]; [[AHP]])が、JP-DKO海馬CA1錐体細胞では欠落している。このAHPは[[小コンダクタンスカルシウム依存性カリウムチャネル]]([[small-conductance Ca2+-dependent K+ channel|small-conductance Ca²⁺-dependent K⁺ channel]]; [[SK チャネル]])を介するが、薬理学的な解析により、海馬CA1錐体細胞ではSKチャネルの活性化には[[NMDA型グルタミン酸受容体]]とRyRの活性化が必要であることが示された。したがって、JP-DKO海馬CA1[[錐体細胞]]では、NMDA型グルタミン酸受容体－RyR－SKチャネル間の機能的共役が阻害されていることが推測される(図2)。さらに、JP-DKO海馬では、海馬LTPへの関与が示されている[[カルシウム-カルモジュリン依存性キナーゼII]] ([[CaMKII]])の[[リン酸化]]に亢進が見られるが、並行して、CaMKIIの基質である[[GluR1]]のリン酸化レベルの亢進も見られることから、JP-DKOマウス海馬におけるCaMKIIの活性化異常が示唆される<ref><pubmed>16809425</pubmed></ref>。  

==== 小脳機能の異常 ====

　脳におけるRyRの機能については、RyR1やRyR2の遺伝子欠損マウスが、それぞれ出生致死<ref><pubmed>7515481</pubmed></ref>、胎生致死<ref><pubmed>9628868</pubmed></ref>を示すこと、さらに多くの神経細胞で複数のRyRサブタイプの発現が重複して見られることから、RyR遺伝子欠損動物を用いたアプローチでは解明が困難であった。しかし、JP-DKOマウスを用いた解析により、JP自身のチャネル間の機能的共役に関する機能的役割が明らかになっただけでなく、脳におけるRyRの機能についても知見が得られたことは特筆に値する。

*[[カルシウム]]  

*[[カルシウムチャネル]]

*[[リアノジン受容体]]  

== 参考文献 ==