「リアノジン受容体」の版間の差分

英語名：Ryanodine receptor 英語略名：RyR

<br>目次

1 歴史

2 分子構造  

3 各サブタイプの体内分布とノックアウトマウスの表現型

　7.2 伝達物質放出

　7.4 一酸化窒素依存的カルシウム放出

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カルシウムイオン(Ca²⁺)は普遍的かつ基本的なシグナル伝達を担うセカンドメッセンジャーであり、極めて多くの生命現象に関与する。細胞内におけるCa²⁺シグナル形成は、細胞膜に存在するCa²⁺チャネルを介して細胞外から細胞内へのCa²⁺の流入によるものと、細胞内Ca²⁺ストア（小胞体）からCa²⁺放出チャネルを介して細胞質へ放出される２通りの経路による。Ca²⁺誘発性Ca²⁺放出(Ca²⁺-induced Ca²⁺ release; CICR)は、細胞質側のCa²⁺濃度上昇が細胞内ストアから細胞質へのCa²⁺ 放出を促進する現象であり、骨格筋で最初に見出された<ref><pubmed>5456208</pubmed></ref>。その後、同様の現象が多くの興奮性細胞において見られたことから、CICRは細胞内Ca²⁺シグナルを増幅するための普遍的な機構であると考えられるようになり、CICRの分子実体であるCICRチャネルの薬理学的性質が調べられた。その結果、植物アルカロイドであるリアノジンがCICRチャネルに特異的に結合し、低濃度ではチャネルを開口状態に固定する薬物であることが示された。

RyRは約5,000アミノ酸残基より構成される分子量約550kDaの巨大蛋白質であり、そのホモ4量体により機能的なCa²⁺放出チャネルが形成される。RyR分子内では、アミノ末端側約4,500アミノ酸が細胞質側に大きく張り出した、いわゆるfoot構造に対応する領域を形成し、4本の推定膜貫通セグメントを含む残りのカルボキシル末端がチャネル領域を形成する(右図、「リアノジン受容体の三次元構造」参照)[[Image:RyR-3D.jpg|right|リアノジン受容体の三次元構造]]。同じくCa²⁺放出チャネルであるIP₃受容体とRyRは、カルボキシル末端の膜貫通セグメントを含む約200アミノ酸において特に高い配列相同性を示し、この部分がCa²⁺放出チャネルとして共通するイオン透過性に関連した機能に関与していると推測される。実際に、RyR1のカルボキシル末側の約1,000アミノ酸残基よりなる領域のみでリアノジン感受性を有する基本的なCa²⁺チャネルが形成されることが、脂質二重膜を用いた再構築実験により示されている。この再構築系においてC末端領域が形成するチャネルは、陽イオン選択性、細胞質側Ca²⁺による活性化機構、リアノジン感受性を保持する一方で、全長RyR1チャネルに見られる高濃度のCa²⁺による不活性化機構を欠く。また、RyRサブタイプ間での一次構造の比較により、D1、D2、D3と呼ばれる相同性が顕著に低い領域が見られる。RyR1のcDNA発現実験系を用いた研究により、CICRによるチャネル活性化のCa²⁺結合部位はD1領域、チャネルを不活性化する高濃度Ca²⁺の結合部位はD3領域に存在するとされている(右図、「リアノジン受容体の一次構造」参照)[[Image:RyR-AA.jpg|right|リアノジン受容体の一次構造]]。

RyR3：RyR3は脳cDNAライブラリーからのクローニングにより存在が明らかになったが、脳以外にも平滑筋、骨格筋、一部の上皮細胞やリンパ球培養細胞などにおいて低レベルの発現が見られる。RyR3欠損マウスはほぼ正常に発育し重篤な異常は認められないが<ref><pubmed>8702664</pubmed></ref>、これまでに自発的運動活性の亢進、社会的接触行動の減少、恐怖条件付け反応の低下、海馬CA1領域におけるシナプス長期増強(LTP)の低下などが報告され、その神経系での重要性が示唆されている<ref><pubmed>10595520</pubmed></ref><ref><pubmed>11358488</pubmed></ref>。ただし、RyR3欠損マウスの軽度な中枢機能異常に関しては、重複して発現する他のサブタイプによる補完作用を考慮する必要がある。 　

4. 活性調節因子<ref><pubmed>15618481</pubmed></ref><ref><pubmed>17506640</pubmed></ref><ref><pubmed>20961976</pubmed></ref>  

脱分極　骨格筋においてはL型Ca²⁺チャネル(Cv1.1)とRyR1が機械的にカップリングし、興奮収縮連関において細胞膜が脱分極するとL型Ca²⁺チャネルのコンフォーメーションが変化し、蛋白質-蛋白質相互作用を介してRyR1が活性化されると考えられている。一方、中枢神経系における機械的なカップリングに関しては、多くの点が不明である。

代表的な薬物の作用　リアノジンは低濃度では開状態のRyRに結合し、サブコンダクタンス状態に開口固定しCa²⁺遊離を引き起こすが、高濃度ではRyR活性を抑制する。また、カフェインによるRyRの活性化、ダントロレン dantrolene による抑制(主にRyR1、RyR3に対する作用)が知られている。

5. 疾患との関連<ref><pubmed>17506640</pubmed></ref><ref><pubmed>20961976</pubmed></ref>  

カテコールアミン誘発性多形性心室頻拍(catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia; CPVT)　本症候群は精神的または身体的ストレス時に交感神経活動が亢進することにより誘発される多形性心室頻拍の反復出現を特徴とする疾患である。このCPVP家系には急死例が多く、常染色体性優性遺伝形式をとり、その原因遺伝子として心臓RyR2の変異が関与する。交感神経による受容体刺激の心臓収縮の増強作用の機序の1つとして、心筋細胞内でcAMP依存性リン酸化酵素によるRyR2のリン酸化・活性化を介して小胞体Ca²⁺放出を亢進することが知られている。悪性高熱症と同様に、CPVP家系で見出される遺伝子変異はRyR2をより活性型に誘導する変異であると考えられ、β受容体刺激時に過剰にRyR2が活性化することが致死的な頻拍を誘導することが示唆されている。欧米各国での発症例についてRyR2上での様々な点変異が報告されている。

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7. 脳における機能的役割

7.2 脳型ジャンクトフィリン欠損マウスの解析<ref><pubmed>18607668</pubmed></ref>　ジャンクトフィリン (junctophilin; JP)は、筋細胞などの興奮性細胞における細胞膜と小胞体膜との隣接構造である「結合膜構造」に深く寄与する分子として同定された。哺乳類では異なる遺伝子に由来する4種のJPサブタイプが存在し、骨格筋特異的なJP1、筋細胞全般に分布するJP2、神経細胞特異的なJP3、JP4が同定されている。JPは分子量72-90 kDa程度のタンパク質で、C末端に小胞体膜貫通セグメントを有し、残りの部分は細胞質側に配向する。この細胞質側の領域にMORNモチーフと呼ばれる14アミノ酸残基よりなる相同配列が8回繰り返され、MORNモチーフとリン脂質との相互作用によりJPは細胞膜に直接結合すると考えられている。JP1欠損マウスは出生致死、JP2欠損マウスは胎生致死を示す一方で、JP3、JP4単独欠損マウスには顕著な異常は観察されず、またJP3とJP4の発現分布に重複が見られることから、両サブタイプ間の機能補完作用が推測される。JP3、JP4二重欠損(JP-DKO)マウスは、通常飼育条件下では離乳時期に衰弱し死亡するが、固形飼料でなくペースト状飼料で飼育すると、ほぼ正常に生育する。JP-DKO成熟個体では、海馬依存的な記憶学習試験における成績低下、小脳依存的な運動学習脳・運動協調の低下が見られる。さらに、これらの個体レベルでの異常に対応するかのように、海馬CA1シナプスにおける長期増強の阻害、小脳平行線維－プルキンエ細胞シナプスにおける長期抑圧の異常(長期抑圧誘導刺激による長期増強の誘導)が見られる。さらに、海馬CA1錐体細胞、プルキンエ細胞では、興奮後過分極(afterhyperpolarization、AHP)の阻害が見られるが、これはRyRを介して放出されるCa²⁺による小コンダクタンスCa²⁺依存性K⁺チャネル(SKチャネル)の活性化の阻害によるものであり、小脳プルキンエ細胞では、slow AHPの阻害によりLTDがLTP化することが示されている。したがって、海馬錐体細胞、小脳プルキンエ細胞などの中枢神経系細胞では、RyRはJPが媒介するSKチャネルとの機能的共役を介して細胞の興奮性、ひいては、シナプス可塑性、記憶学習機能に関与することが示された。