「電位依存性カルシウムチャネル」の版間の差分

　[[形質膜]]越えの[[カルシウム]]イオン (Ca²⁺) 流入経路として、異なる活性化機構により開口するカルシウムチャネルが知られる。 それらの中でも[[膜電位]]の脱分極によって開口する電位依存性カルシウムチャネル (Voltage-dependent calcium channel : VDCC) が最も深く研究されてきた。VDCCは神経細胞や筋細胞を始めとする興奮性細胞において、様々な分子と相互作用することにより[[神経伝達物質]]放出、筋収縮、[[遺伝子発現]]など様々なCa²⁺依存性の細胞応答を制御する。 本項目では他のカルシウムチャネルについても言及したい。

== 分類、構造、発現 ==

　VDCCは、形質膜の脱分極を感知して活性化開口し、細胞外から細胞内へCa²⁺を選択的に透過させる[[イオンチャネル]]であり、細胞の電気的興奮をCa²⁺依存的な生理応答に変換する役割を担う。開口する電位によりVDCCは、高電位 (～−20 mV)で活性化するL型 (Ca_v1)および非L型 (Ca_v2) と低電位 (～−60 mV) で活性するT型 (Ca_v3) に大別される<ref name="ref1"><pubmed> 6087159 </pubmed></ref><ref><pubmed>2582115</pubmed></ref><ref name="ref3"><pubmed>16382099</pubmed></ref>。高電位活性化型のVDCCは、α₁、α₂δ、βおよびγサブユニットから成るヘテロ4量体を形成すると考えられている (図1)。[[Image:Yasuomori fig 1.jpg|thumb|right|300px|<b>図1. VDCCのサブユニット構造</b><br />高電位活性化型のVDCCは、α₁、α₂δ、βおよびγサブユニットから成るヘテロ4量体を形成する。]]

=== α₁サブユニット ===

　[[電位センサー]]とチャネル孔を有するα₁サブユニットは、おおよそ2000アミノ酸残基からなるタンパク質であり、膜貫通領域S1～S6の構造単位が4回繰り返す (リピートI～IV) 。S5領域とS6領域の間がCa²⁺を選択的に透過させるチャネル孔を形成し、S4領域が電位センサーとして働く。α₁サブユニットは10種類の異なる遺伝子Ca_vによりコードされて、電気生理学的特性や薬理学的特性による機能分類 (L, P/Q, N, R, T) に対応付けられている (図2)<ref name="ref4"><pubmed>21746798</pubmed></ref>。[[Image:Yasuomori fig 3.jpg|thumb|right|250px|<b>図2. α₁サブユニットの進化系統樹</b>]]

==== Ca_v1 (L型) ====

　L型 (Ca_v1) は遅い不活性化 (<u>L</u>ong lasting) と大きな (<u>L</u>arge) 単一チャネルコンダクタンスを有することから名づけられた<ref><pubmed>6207437</pubmed></ref>。Dihydropyridine (DHP) やPhenylalkylamine (PAA)、Benzothiazepine (BTZ) といったCa²⁺拮抗薬の作用点である。Ca_v1.1は骨格筋、Ca_v1.2は心臓や脳、Ca_v1.3は膵臓などの内分泌組織や脳、Ca_v1.4は網膜に主に発現している<ref name="ref3" />。

==== Ca_v2 (N, P/Q, R型) ====

　非L型 (Ca_v2) にはN、P/Q、R型が含まれる。N型 (Ca_v2.2) には、L型ではない (<u>N</u>on-L) 、神経細胞に発現する (<u>N</u>euronal) という意味がある<ref name="ref6"><pubmed>2410796</pubmed></ref>。ペプチド性のイモ貝毒ω-コノトキシン GVIAにより選択的に阻害される<ref><pubmed>2438698</pubmed></ref>。P型は[[小脳]][[プルキンエ]] (<u>P</u>urkinje) 細胞においてDHPとω-コノトキシン GVIAの両方に非感受性のCa²⁺電流として同定された<ref><pubmed>  2545128</pubmed></ref>。クモ毒ω-アガトキシンIVAによって選択的に阻害される<ref><pubmed>1321648</pubmed></ref>。Q型は、同じ遺伝子 (Ca_v2.1) の[[スプライスバリアント]]であると考えられており^[11]、小脳顆粒細胞において初めて電流が同定された。Q型はP型よりω-アガトキシンIVAに対する親和性が低い<ref><pubmed>    7722641</pubmed></ref>。R型 (Ca_v2.3) は小脳顆粒細胞においてDHP、ω-コノトキシン GVIA、ω-アガトキシンIVAによって阻害されない残りの成分 (<u>R</u>esidual) という意味で名づけられ<ref><pubmed>10321243</pubmed></ref>、タランチュラ毒素SNX-482によって選択的に阻害される<ref><pubmed>  9799496</pubmed></ref>。これら非L型のVDCCは広く神経系に発現している<ref name="ref3" />。

==== Ca_v3 (T型) ====

=== 副サブユニット (α₂δ、β、γ) ===

　α₂δ、βおよびγサブユニットは、チャネル本体であるα₁サブユニットの発現調節、機能調節や細胞内局在に重要であり、複数の遺伝子によってコードされている<ref name="ref13"><pubmed>3037387</pubmed></ref>。<br>　大きな細胞外領域を有するα₂δサブユニットは、単一の遺伝子にコードされるα₂およびδがジスルフィド結合によって結ばれた二量体で、4種類のアイソフォームが知られる (α₂δ1-4)。α₂δサブユニットは、α₁サブユニットの形質膜への輸送に働いている<ref name="ref14"><pubmed>17403543</pubmed></ref>。α₁サブユニットのリピートIとIIをつなぐ細胞内リンカーに結合するβサブユニットは、4種類のアイソフォームが知られている (β1-4)。このβサブユニットは、α₁サブユニットの形質膜における機能的な発現に重要であり<ref name="ref15"><pubmed>1849233</pubmed></ref>、VDCCの活性化や不活性化を促進する<ref name="ref16"><pubmed>20959621</pubmed></ref>。各アイソフォームには複数のスプライスバリアントが存在し、発現分布やチャネル機能の調節に違いがある<ref name="ref16" />。γサブユニットは4回膜貫通のタンパク質であり、VDCCと相互作用することで不活性化曲線をシフトさせる<ref name="ref17"><pubmed>17652770</pubmed></ref>。γサブユニットには8種類のアイソフォームが存在し (γ1～8)、その中のいくつかのアイソフォームは、[[AMPA受容体]] (2-amino-3-[3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolyl]propionic acid receptor) の輸送や機能調節を担う主要なタンパク質TARPs (Transmembrane AMPA receptor regulatory proteins) とも呼ばれている<ref name="ref17" />。

== 機能 ==

　N、P/Q、R型は主に神経系に発現し、神経伝達物質放出を始めとする神経機能を制御する<ref name="ref24"><pubmed>7901765</pubmed></ref><ref name="ref25"><pubmed>7832825</pubmed></ref>。[[活動電位]]が[[シナプス前終末]]に達すると、N、P/Q、R型などのVDCCを介したCa²⁺流入が引き起こされ、神経伝達物質が放出される。シナプス前終末において神経伝達物質放出を効率的に制御するため、[[シナプス小胞]]の[[膜融合]]を制御する[[SNARE]] (soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor ) タンパク質 ([[Syntaxin]]、[[SNAP-25]]、[[VAMP/synaptobrevin]])やCa²⁺センサーと考えられている[[Synaptotagmin]]、[[足場タンパク質]]として働く[[RIM]] ([[Rab]]-3 interacting molecule) ファミリー、CAST、Munc13、Bassoon、Piccoloといったタンパク質群とVDCCは巨大タンパク質複合体である、[[アクティブゾーン]]を形成している。N、P/Q型のα₁サブユニットのII-IIIリンカーにはアクティブゾーンに存在するタンパク質との相互作用部位 (Synprint&nbsp;; synaptic protein interaction) が保存されており、syntaxinやSNAP-25、CSP (cysteine string protein)、RIM、synaptotagminと相互作用する (図4) <ref name="ref4" /><ref name="ref26"><pubmed>16942804</pubmed></ref>。syntaxinやSNAP-25はsynprint領域を介してVDCCと相互作用し、チャネルの不活性化状態を安定化させることでチャネル活性を抑制することが報告されている<ref name="ref26" />。また、βサブユニットもCASTやRIM、synaptotagminといったアクティブゾーンに存在するタンパク質と相互作用する (図4) <ref name="ref27"><pubmed>22577167</pubmed></ref><ref name="ref28"><pubmed>17496890</pubmed></ref><ref name="ref29"><pubmed>16525042</pubmed></ref>。これらのタンパク質との相互作用は、神経伝達物質放出複合体を形成し、VDCCの機能修飾も担う。RIM1のα型バリアント (RIM1α) はシナプス小胞のRab-3と相互作用する足場タンパク質であることから、VDCCとシナプス小胞の距離を規定する分子である可能性が高い<ref name="ref30"><pubmed>    9252191</pubmed></ref>。4種類のRIM (RIM1～4) はどれもVDCCの不活性化を著しく遅らせることでCa²⁺流入量を増加させる<ref name="ref28" />。このように、VDCCはアクティブゾーンのタンパク質と共役して働くことで、高効率的に神経伝達物質放出やシナプス可塑性を制御すると考えられる。  

=== Ca_v3 (T型) ===

　T型は、一過的にCa²⁺を流入させることで、活動電位の発生パターンを調節する。心臓の洞房結節に存在するペースメーカー細胞における拍動の形成や<ref name="ref31"><pubmed>16690884</pubmed></ref>、[[睡眠]]時の特徴的な[[脳波]]を形成する[[視床]]のリレー細胞における周期的な発火に関わっている<ref name="ref32"><pubmed>9570789</pubmed></ref>。

== 疾患との関係 ==

== その他のCa²⁺チャネル ==

=== TRP チャネル ===

　TRPチャネル ([[wikipedia:Transient receptor potential channel|Transient receptor potential channel]]) は、ショウジョウバエの光受容応答変異株の原因遺伝子として発見されたチャネル分子である<ref name="ref35"><pubmed>    2516726</pubmed></ref>。哺乳類においては28種の遺伝子が同定され、C, M, P, ML, V, Aといった6つのサブファミリーを構成する。TRPチャネルは、温度、機械刺激、痛み、酸-塩基といった種々の物理化学的刺激によって活性化されるカチオンチャネルファミリーを形成している。その多くがCa²⁺透過能を有し、中枢・末梢神経系を始めとするほぼ全ての組織に発現が見られる。TRPCやTRPMファミリーに属するTRPチャネルを介したCa²⁺シグナルは、神経細胞において重要な役割を担っていることが示されている。[[受容体]]刺激、[[細胞内Ca²⁺ストア]]枯渇、および他のタンパク質との相互作用によって活性化されるTRPCチャネル (TRPC1～7) を介したCa²⁺流入が、神経細胞の分化、増殖、生存や神経突起の伸長・誘導、[[スパイン]]形成といった多くの神経機能に関連する<ref name="ref36"><pubmed>    19999578</pubmed></ref>。一方、[[酸化ストレス]]や温度、pH、機械刺激などで活性化されるTRPMチャネル (TRPM1～8)を介したCa²⁺流入が、神経細胞の成長・発達や[[細胞死]]に関連する<ref name="ref36" />。

=== ストア作動性Ca^2＋チャネル (SOCチャネル) ===

　SOCチャネル （store-operated calcium channel&nbsp;: SOC channel, calcium release-activated calcium channel&nbsp;: CRAC channel) は、小胞体Ca^2＋ストアのCa^2＋枯渇によって活性化開口される細胞外からのCa^2＋流入経路である。TRPCチャネルがチャネル分子実態として考えられていたが、近年、重症複合免疫不全症（sevefe combined immunodeficiency&nbsp;: SCID）の患者から遺伝子変異が発見されたOrai1がSOCチャネルとして同定され、主要な分子実態として認識され始めている。Orai (Orai1, 2, 3) は、小胞体のCa^2＋枯渇を感知した小胞体Ca^2＋センサー分子STIM (stromal interacting molecule&nbsp;: STIM1, 2) との相互作用を介して4量体を形成し、活性化開口する<ref name="ref37"><pubmed>19488056</pubmed></ref>。<br>SOCチャネルによるCa^2＋流入 (SOC流入) は、免疫細胞における主要なCa^2＋流入経路であり、免疫機能に必須であるとされ、抗原受容体といった受容体活性化の下流でSOC流入が誘導される。これは持続的な [Ca²⁺]_i上昇によりCa^2＋[[シグナル伝達]]を担い、転写因子NFATの活性を調節することが知られる。近年になって、神経細胞や筋細胞といった興奮性細胞においてもSOC流入が確認され、種々の生理機能や疾患との関連が調べられている<ref name="ref37" />。

== 関連項目 ==

[[イオンチャネル型グルタミン酸受容体]]

 

（執筆者：澤村晴志朗、中尾章人、森泰生　　担当編集委員：尾藤晴彦）