痛みと鎮痛の基礎知識 - Pain Relief　ー遺伝子/タンパク

■物質	│遺伝子/タンパク│

遺伝子-タンパク	fos/jun/ras
遺伝子	c-ret/COMT遺伝子（痛みの感受性遺伝子）/SCN9A/アスポリン/Gcm
転写因子	AP-1 /NF-κB/CREB
タンパク	CBP（カルモデュリン/カルビンディン/カルレチニン/Iba1）/PGC-1α/キニノーゲン/リポコルチン/MARCKS/GFAP/DREAM/ABCタンパク/コラーゲン/プロテオグリカン/レクチン/クラスリン/微小管-チューブリン-ニューロフィラメント/イムノフィリン/CRP/ESR/frataxin/クリプトクロム/アクアポリン/Notch
Gタンパク質-アレスチン/ダイナミン/アミノ酸/ポリペプチド

前初期遺伝子 Immediate early gene　=即時型遺伝子 early growth response EGR

神経伝達物質、ホルモン、神経栄養因子などによる外界からの刺激に応答して、一過性の発現が誘導される遺伝子の一群。
細胞内情報伝達系の一翼を担うと言うことで、「サード・メッセンジャー」とも呼ばれる。
その発現誘導に新規のタンパク合成を必要としない。
一般に刺激後数分以内に誘導され、数時間後には、発現が認められなくなる。
c-FosやEgr-1など、様々な転写因子をコードしており、神経活動を反映した細胞の増殖、分化などに重要な役割を担っている。

●c-fos, c-Fos

c-fos

v-fos遺伝子

マウスの骨肉腫を誘導するFinkel-Biskis-Reilly（FBJ） murine osteosarcoma virusをもつがん遺伝子としてクローニングされた。

（FBJ murine osteosarcoma virus：1966年にMiriam Dorothy (Posner) Finkel （1916〜1999, シカゴ大学）、B.O. Biskis、 Christopher A. Reillyらは260日齢のCF1マウスに自然発生した骨肉腫から1つのウイルス複合体を分離し、彼らの名前の頭文字をとって名づけた。）

c-fosはv-fos類似の細胞遺伝子として分離された前がん遺伝子（proto-oncogene）
c-fosは、ほとんどすべての細胞において種々の刺激をすると新たなタンパク合成を伴わずに一過性に発現する前初期遺伝子(immediate early gene）であるが、血球系においてもサイトカインなどの刺激により一過性に発現し、その分化や増殖に重要な働きをすることが知られている。
つまり、c-fosが発現した後に、様々なカスケード反応が続き、リン酸化が起こったり、細胞の反応が変化すると想像される。
c-fosの発現レベルは、神経活動のマーカーとして利用される。

c-Fos

Fosは最初、骨格の形成と維持に関わる細胞の発生を制御するのに必須の転写因子として同定された。
c-Fosは、c-fos mRNAがコードするタンパクであり、他の遺伝子を活性化させる転写因子として働く。
FosタンパクもJunタンパクも、塩基性アミノ酸に富む領域と隣接するロイシンジッパー構造（7アミノ酸残基ごとに5個のロイシンが存在する）を持つ。

→Fosタンパクは、サードメッセンジャーとして、細胞核に入って、ロイシンジッパーを介してJunと結合し、ヘテロ2量体（ヘテロダイマー）を作って、染色体の制御部位のAP-1（Activatar protein 1）に結合する。AP-1はDNAのエンハンサー配列（TGACTCA）と特異的に結合して、下流の遺伝子の転写を誘導する。

c-jun、c-Jun

c-junはニワトリ肉腫ウィルス（avian sarcoma virus）の持つがん遺伝子v-Jun類似の細胞遺伝子として分離された前がん遺伝子（proto-oncogene）
c-Junタンパク：c-junがコードするタンパク
細胞の刺激によりJNKが活性化されると、JNKはc-Junをリン酸化する。
c-junは細胞周期やアポトーシスと深い関連があるとされている。

1987年にStephen P. Hunt*らが痛み刺激によって脊髄にFosを発現する細胞が認められることを報告した。[PubMed]
- ラットの下肢に熱刺激を加えると、腰髄後角第I、II層、V (VI, VII)層、X層に、c-Fosが発現することを報告した。マスタードオイルを皮膚に塗布した場合も、同様の領域に陽性細胞が認められる。
- ブラッシング刺激でも、後角II〜IV層に弱陽性の細胞が出現する。
炎症時に放出されるNGFがその受容体のTrkAを活性化させるときにも、c-fosが発現される。
→・・・・→活性化されたMAPKは細胞質から核内へ移行しDNAのSRE(serum response element)にSRF(serum response factor)とともに結合しているErk-1をリン酸化する。SREの下流にある遺伝子fosの転写を促進する。

末梢組織に10分以上続く侵害刺激したときも、脊髄後角の侵害受容ニューロンにc-fosが発現する。
ホルマリンテスト

注射後15〜30分（第I相）---脊髄後角表層(I, II層)にc-fos mRNAの発現
注射後30〜60分（第II相）---脊髄後角深層(V-VII層)にc-fos mRNAの発現
注射後1〜2時間---脊髄にFosタンパクの発現
帯状回などの大脳皮質、髄板内核群、視床下部室傍核少細胞部(PVNpc)、青斑核(LC)などにも発現する。
約30分頃から、分界条床核(BST)、扁桃体中心核(Ace)---ホルマリンによる２次的炎症により生じた種種のサイトカインによると考えられる。

c-fosは、痛み刺激による脊髄後角ニューロンにおける遺伝子発現の活性化の指標として用いられている。
c-fosやc-Fosは神経興奮のマーカーであり、痛みに特異的なマーカーではない。
c-Fosは神経興奮のマーカーであるが、興奮してもc-Fosを発現しないニューロンもある。
痛み刺激により、脊髄後角侵害受容ニューロンにc-Fosの発現がみられるが、DRGや視床の侵害受容ニューロンではほとんど発現がみられないようである。
c-Fosは神経興奮のマーカーであるが、その結果疼痛が増強されるかどうかは不明である。
しかし、末梢性鎮痛薬を投与すると、痛み情報は脊髄後角に到達しないので、c-fosは発現されない。したがって、c-fos発現の抑制は、末梢性鎮痛作用の証拠となりうる。

●ras - Ras

ras

細胞の増殖・分化や細胞死を制御するがん遺伝子

Ras

がん遺伝子rasの産物。
Rasは共に低分子量Gタンパクファミリーに属するシグナル伝達分子で、細胞の分化や増殖などを引き起こす様々なシグナル伝達経路で機能している。
これらの分子はGDP-GTP交換因子（GEF）によってGTP結合型に変換されると活性化し、GTPase活性化蛋白質（GAP）によってGDP結合型に変換されると不活性化する。シグナル伝達過程では、GEFとGAPのバランスによってRas、Rap1の活性化が調節されている。
RasのC末端に翻訳後調節により、脂肪酸が付加されており、これをアンカーにして細胞膜に局在する。
Rasは、「受容体活性化」と「核内におけるシグナル伝達」を連結する分子スイッチとして働く。
　Ras自身が不活性型と不活性型に相互変換することによって、スイッチをオンオフする。スイッチが入ったままになると、がん化が起こる。
RasはMAPキナーゼカスケードへとシグナルを伝えていく。
RasはMAPキナーゼキナーゼキナーゼ（MAPKKK）であるRafを、RafはMAPキナーゼキナーゼであるMAPK/ERK kinase（MEK）を活性化し、このMEKによりERKの活性化が引き起こされる。
Rasが活性化されると最終的に、MAPKカスケードが作動し、c-fosの転写増大により、Fosタンパクなどの転写因子が産生され、各種遺伝子の転写レベルが亢進する。

●c-ret：proto-oncogene　←→c-RET受容体

c-ret遺伝子：がん原遺伝子（Proto-Oncogene）
rearranged during transfectionから
ret遺伝子は、NIH-3T3細胞（NIH Swissマウスの胎児の線維芽細胞から分離した培養細胞、1980年代にはDNAによる形質転換手法による発ガン遺伝子の探索に広く利用された。）へのトランスフェクションの過程で生じたと思われる2つのヒトDND配列の組み替えた遺伝子として単離された。
c-ret遺伝子は、GDNFための受容体型チロシンキナーゼであるc-Ret受容体をコードしている。
c-ret遺伝子はカドヘリン様構造を含む。
末梢神経系に発現している。

●COMT遺伝子
　COMT遺伝的多型性(val158met)---アミノ酸配列の158番目がバリンからメチオニンに変異すると、COMT活性が下がり、痛がりになる。

●SCN9A

sodium channel, voltage-gated, type IX, alpha subunit
電位依存性ナトリウムチャネルのα-サブユニットのNav1.7をコードする遺伝子
SCN9Aの変異による無痛症：SCN9A channelopathy
SCN9Aの変異による肢端紅痛症

●アスポリン　asporin　参考1/2

変形性関節症：OAの原因遺伝子が「アスポリン」であることを理化学研究所のチームが2005年に発見した。
アスポリンは細胞の外の基質に存在するタンパクで、変形性関節症の軟骨で発現が著しく上昇する。
アスポリンはSLRPファミリー（small leucine-rich proteoglycan（SLRP）family）に属する機能未知の細胞外基質タンパク。
アスポリンの遺伝子の塩基配列の中には、12ヶ所の多型がある。この12ヶ所についてOAの集団とOAでない集団を比べると、ある1ヶ所の多型が膝や股の関節のOAと強く関連していることが分かった。
アスポリンの多型は、タンパク質をつくるアミノ酸の一種であるアスパラギン酸（D）を指定する配列が繰り返されている場所である。
リピートは10〜19回の個人差がある。OA集団では14回の繰り返し（D14）が最も多く、健常人の集団では13回の繰り返し（D13）が多かった。D14の人はOA集団で10％弱なのに対し、OAでない集団では5％弱。D14の人は、そうでない人に比べて、膝や股の関節のOAを発症するリスクが約2倍になる。

●Glial cells missing　：Gcm　参考1/2/3/4/5

ショウジョウバエの神経幹細胞からグリアと神経細胞を分化させるスイッチ遺伝子
細谷俊彦先生、堀田凱樹先生（情報・システム研究機前構長、国立遺伝研究所名誉教授）達が1995年に発見した。
等先生らは、脳ができていく一番最初の過程でDNAの脱メチル化が必要なこと、そしてDNA脱メチル化にGcmが必須であることを初めて証明した。

■転写因子 transcription factor：TF

DNAに特異的に結合するタンパク質の一群である。
DNA上のプロモーターやエンハンサーといった転写を制御する領域に結合し、DNAの遺伝情報をRNAに転写する過程を促進、あるいは逆に抑制する。
転写因子はこの機能を単独で、または他のタンパク質と複合体を形成することによって実行する。
ヒトのゲノム上には、転写因子をコードする遺伝子がおよそ1,800前後存在するとの推定がなされている。

インターロイキン遺伝子やCOX-2遺伝子の発現誘導には、AP-1とnuclear factor-kBの２つの転写因子が中心的な役割をしている。

activator protein 1：AP-1

常にDNAに結合している転写因子で、リン酸化されることによって活性化される。
AP-1のリン酸化はMAPキナーゼの一つであるc-Jun N-terminal kinase (JNK)とp38 キナーゼによって引き起こされる。

核内因子κB：nuclear factor-κB：NF-κB
nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells

リンパ球分化、増殖、アポトーシスを調節する転写因子
哺乳類においてNF-κBファミリー（Relファミリー）に属する分子は5種類が知られていて、これらの分子がホモあるいはヘテロ二量体を形成したものが転写因子として機能する。
NF-κBファミリーに属する分はアミノ基側末端に約300アミノ酸残基からなるRelホモロジードメイン (RHD) を有し、この構造がDNAとの結合や核内移行、二量体の形成に寄与している。
通常NF-κBはDNAに結合していない。通常IκBタンパク質と複合体を作って細胞質に存在する。
IκBのリン酸化を引き金として、分解されることによって活性化される。
NF-κBに結合するIkkBは、IκBキナーゼによるリン酸化によって分解される。
サイトカイン、感染性物質、DNA傷害などの刺激でIKKが活性化し、IκBをリン酸化すると、IκBはSCF(E3)によるユビキチン化を受け分解されるので、NF-κBは核内移行し、標的遺伝子の発現を誘導する。
NF-κBの活性化経路には、TNF等の刺激に応答してIκBのリン酸化と分解を介してNF-κB1 (p50)/ RelA の核移行を制御する経路（canonical pathway）と、前駆体タンパク質p100のリン酸化と限定分解を介してNF-κB2 (p52)/RelBを活性化する経路（non-canonical pathway）の２種類が存在する。
inhibitory factor kappa B：IκB
NF-κBと結合する抑制因子
NF-κBに結合するIkkBは、IκBキナーゼによるリン酸化により分解され、遊離したNF-κBが核に入って増殖や細胞死抑制に関与する遺伝子群や、炎症性サイトカイン遺伝子群の転写を誘導する。

cyclic AMP response binding protein：CREB　参考1

恒常的に種々の細胞核内に発現している転写因子の一つ
CREBのセリン残基（Ser133）がリン酸化されると、CREBの転写活性が活性化され、CREモチーフを有する各種タンパクDNAからmRNAへの転写が進み、タンパクが産生される。
CREBによって転写がコントロールされているタンパクには、神経栄養因子であるBDNF、NGFや抗アポトーシス因子のbcl-2など、神経組織の保護、再生に重要なものが多く含まれている。
CREBのリン酸化には、細胞内へのCa²⁺イオン流入によるCa²⁺/CaMキナーゼ、各種成長因子の関与の他に、細胞内cyclic AMPによるPKAの活性化が重要である。

Notch

細胞の膜に存在し、細胞間の情報伝達を担うタンパク質の一つ
発生過程の多様な局面で細胞運命の決定を調節し、細胞の分化を抑制する。
Notchは隣り合う細胞に存在するリガンドよりシグナルを受け取ると、その細胞内領域を細胞質中へと切り離し、切り離された細胞内領域（Notch-ICD）は核内へ移行し、転写因子CSL (RBPJκ/Su(H))及び転写共役因子Mastermind (MAM)と三者複合体を形成し、標的遺伝子の転写を活性化する。参考
隣接する他の細胞の膜に存在する「Delta」や「Jagged」と呼ばれるタンパク質と結合することにより活性化し、細胞内のタンパク質産生を促したり、抑制したりする。

■Calcium-binding-protein：CBP　←→CaMキナーゼ/細胞内Ca²⁺

神経細胞も他の細胞と同様に、細胞内の遊離カルシウム濃度は、0.1〜0.2μMに調節されている（細胞外Ca²⁺濃度の約1万分の1）。
細胞内Ca濃度が異常に高まると、通常では活性化されないタンパク分解酵素やリン脂質分解酵素が活性化される。これら酵素の働きのため細胞骨格や細胞の構築に変化が起きてしまい、ひいては細胞そのものの死を導きかねない。
細胞内Ca濃度を低く保つためには、高いエネルギーが必要であり、主に細胞膜にあるATPによって駆動されるNa⁺/Ca²⁺交換タンパクと細胞膜カルシウムポンプによる濃度勾配により維持されている。
ATP以外に、細胞内に存在するCalcium-binding-protein: CBPが細胞内のCa濃度の維持に関わっている。
多くのCa²⁺は細胞内でCBPと結合している。一般にこれらCBPは4つのCaイオンに親和性を示す。
多くのCBPは、EFハンドと呼ばれるロープ状の構造をもち、1対のα-へリックスで隔てられている。このEFハンドは、Caイオンと結合するのに都合の良い構造で、実際Caイオンはこのポケット上のループ構造の中に結合している。

EF型のCBPは様々な細胞に分布し、特に中枢神経家ではシナプス再合成や細胞骨格の維持に関与していると言われている。1990年代になり、パルブアルブミンン、カルビンディンなど神経系に特異的に存在するカルシウム結合タンパクが研究され、神経伝達物質における作用が明らかになってきた。また、新たに神経系に特異的なCBPとしてニューロカルシン neurocalcinも単離され、特徴ある性質が報告されている。

□カルモデュリン　calmodulin：CaM

最も代表的なCBP。CBPの中で一番最初に発見されているのはカルモジュリン(CaMK)である。
阪大教授の垣内史朗先生（1929〜1984）が発見した。
148アミノ酸残基により構成され、すべての真核細胞に存在する。
Ca²⁺と結合していないときは無秩序な構造であるが、Ca²⁺と結合すると固定される。
脳細胞の細胞質には30〜50μM存在する。
静止時のCa²⁺濃度ではカルモデュリンと結合していないが、細胞内濃度が上昇すると4つあるCa²⁺結合部位にCa²⁺が結合する。このカルモデュリン・Ca²⁺複合体がプロテインキナーゼなどをはじめとする様々な酵素やタンパクを調整する。
カルモジュリンに関しては多くの研究がなされ、様々な働きが明らかになっている。時に細胞内カルシウム情報伝達に関してはタンパクリン酸化、脱リン酸化反応の調節、細胞情報伝達物質の濃度調節などの働きがある。

　[痛みとカルモジュリン]

ブラジキニンやアセチルコリン、また血流などのずり応力により、内皮細胞内のCa²⁺濃度が上昇すると、カルモデュリン活性化により、eNOSがカベオリンから解離され、NOが産生される。NOは細胞外に出て、血管を拡張させる。
組織が損傷されると、細胞内カルシウム濃度が高まる。Ca²⁺は、細胞内の制御タンパク質カルモジュリンと結合して、細胞膜のPLA2を活性化する。PLA2が、細胞膜のリン脂質にエステル結合したアラキドン酸を遊離すると、アラキドン酸カスケードによりプロスタグランジンが産生される。
一次求心性神経のC線維からP物質が放出されると、脊髄後角のNK1受容体が活性化され、細胞内Ca²⁺が増加する。細胞内Ca²⁺が、カルモジュリンと結合すると、NOSが活性化されて、産生されたNOの一部は、細胞膜を通過し、一次求心性神経の終末に働き、末梢から送られてきたインパルスによる伝達物質の放出を増加させる。
繰り返し投与したカプサイシンによる鎮痛効果にも、カルモジュリンが関与している。一次求心性神経の末梢終末において、細胞内に流入したカルシウムと結合したカルモジュリンが、TRPV1に結合すると、チャネルが不活性化して、TRPV1の脱感作に関与する。[参考]

□カルビンディン calbindin

カルビンディンとバルプアルブミンは、中枢神経系に多く存在する代表的なCBPである。
カルビンディンは、ビタミンD依存性のタンパクとして、chick intesitine nucosaから単離され、数種の分子種が存在している。
主なものは、ほ乳類の腸管から単離された8〜11kd、皮膚に存在している9kd、骨に存在している6kd、神経に存在している28kdなどである、なお、齧歯類や鳥類の小脳ではビタミンD非依存性のカルビンディンの存在も報告されている。
ヒトの視床VMpoには、calbindin陽性の終末の集積が認められた。

□カルレチニン calretinin：CR

カルレチニンは分子量29kDaで、カルモジュリンやカルビンディン-D28Kと同じCBP。
免疫組織化学染色法では、悪性中皮腫に強い陽性反応を示す。正常組織では、漿膜、中皮細胞、神経細胞、ライディッヒ細胞および肥満細胞などに陽性反応を示す。
現在、中皮腫の陽性マーカーとして最も有用性が高いと言われている。

□パルブアルブミン parvalbumin：PV

パルプアルブミンは、横紋筋から単離された可溶性の12kdタンパク
Mg²⁺とCa²⁺両方と結合できるドメインを有し、通常状態では、Mg²⁺と結合している。しかし、細胞内のCa²⁺が上昇すると、Mg²⁺を放出し、Ca²⁺と結合する。これにより細胞内Ca²⁺濃度を調節している。
大脳皮質や小脳のバスケット細胞、海馬などのGABAニューロンに陽性細胞がある。
電気生理学的には fast-spiking (FS) 細胞と呼ばれる。
GABA作動性ニューロンの分子マーカーの一つ

□Ionized calcium-binding adapter molecule 1：Iba1

マクロファージ／ミクログリアに特異的に発現している分子量17,000のカルシウム結合タンパク質、マーカー
内皮細胞マーカー

□peroxisome proliferator activated receptor γ co activator -1α
　ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体‐γコアクチベーター‐1：PGC-1α
　→参考1/2

PPARα（peroxisome proliferator-activated receptor-α）、PPARγ、および他の転写調節因子の活性化補助因子、転写コアクチベーター
PGC-1α はコアクチベーターであり、直接 DNA には結合せず、その機能発現には DNA 結合性の転写因子が必要となる。
ミトコンドリア生合成と血管新生に関与
褐色脂肪組織、肝臓や骨格筋などいくつかの組織で発現されていて、ミトコンドリアの増殖と酸化的代謝を活性化する。
褐色脂肪組織では熱発生適応に関する転写プログラムを調節している。
肝臓では絶食時に発現増加して糖新生を促進する。PGC-1α は糖新生律速酵素群の発現制御に中心的な役割を果たす。
PGC-1αがI型繊維の多い筋肉で選択的に発現している。
骨格筋培養細胞での実験ではGLUT4mRNA発現増加に関与

□キニノーゲン kininogen

血漿中に存在するタンパク質
内因系血液凝固因子の一つであり、凝固線溶にきわめて重要な役割をもつ。

キニンの前駆体で、高分子キニノーゲン HMW-Kgと低分子キニノーゲン LMW-Kgが存在する。

	基質　（前駆物質）	カリクレイン（セリンプロテアーゼ）	Plasma kinin
血漿タンパク質の α2分画	高分子量キニノーゲン　(HMW-Kg)に→	血漿カリクレイン　が作用して→	BK 　が遊離される。
組織中	低分子量キニノーゲン　(LMW-Kg)に→	組織カリクレイン　が作用して→	カリジン　が遊離される。

高分子キニノーゲン high molecular weight kininogen：HMW-Kg
（＝フィッツジェラルド因子 the Fitzgerald factor, Williams-Fitzgerald-Flaujeac factor）

1930年代に、 Emil Karl Frey, Heinrich Kraut and Eugen Werleが尿中に発見した。
血液凝固因子である。
１本差のポリペプチド（626アミノ酸残基）で、N-末端から、重鎖（Heavy chain）、ブラジキニンの領域、軽鎖（Light chain）の順で構成されている。
血中には約70μg/ml 存在する。
血漿中ではプレカリクレインが第XI因子との複合体の形で存在する。
HMW-Kgは接触活性化を促進する補助因子である。第XI因子とプレカリクレインはHMW-Kgを介して陰性荷電膜面に結合して第XIIａ因子によって活性化される。
HMW-Kgはカリクレインにより限定分解をうけて、ブラジキニンを放出する。

□リポコルチン lipocortin

カルシウム依存性に細胞膜あるいはリン脂質膜に結合する一連のタンパク質の総称である。
抗炎症タンパク質
副腎皮質ホルモンによって転写される。
細胞内に入った副腎皮質ステロイドとステロイド受容体とが結合した複合体は細胞核に取り込まれ、mRNA合成を刺激して、リポコルチンの生合成を促進する。
リポコルチンはホスホリパーゼＡ2PLA2を抑制する。

□Myristoylated alanine-rich C kinase substrate: MARCKS 参考1

PKCの基質タンパク質
脳のシナプス間の交通や神経伝達物質の遊離などの細胞骨格の再構成に関する主要物質である。
Rhoキナーゼが MARCKSのSer159を特異的にリン酸化して、神経因性疼痛に関与する（Neuroscience (2005) 131, 491-498）。
Rhoキナーゼの特異的阻害薬である H-1152が、MARCKSのリン酸化反応を抑制することが明らかにされている。

□グリア線維性酸性タンパク質 glial fibrillary acidic protein：GFAP

アストロサイトのマーカー

■downstream regulatory element antagonistic modulator：DREAM

2002年にJosef Penninger（University of Toronto 、ウィーンのInstitute of Molecular Biotechnology：IMBAの分子免疫学者）が痛みの認知を修飾する遺伝子として同定した。(Cell, Vol. 108, 31-43, 11.1.2002)
DREAMは、ダイノルフィンをコードする遺伝子の転写抑制をしている。
DREAM欠損マウスは、炎症性疼痛や神経因性疼痛が緩和されている。
2009年に学習を記憶にも影響することが示唆された。DREAM遺伝子がないマウスは、若年であっても高齢であっても、DREAM遺伝子を有するマウスに比べて、学習が速く、記憶力も良かった。痴ほう症やアルツハイマー病と関連する可能性がある。

■ABCタンパク：ATP-binding cassette　←→ATP/ABCトアンスポーター

膜結合ドメインとそれに続くATP結合ドメインをもつ一群の膜タンパク質の総称で、ATPの結合あるいは加水分解によりその機能が制御されている。
バクテリアからヒトまで広範囲にその存在が認められており、これまで500種類以上の遺伝子が同定されている。
ABCタンパク質には、その構造上、フルサイズとハーフザイズが存在し、ハーフザイズはダイマーとして機能している。
主な機能にはトランスポーター型、チャネル型、レギュレーター型の３種類があり、最近ではそれらの異常により様々な疾患を起こしうることが明らかになっている。
現在ヒトにおいて48種類のABCタンパク質が同定されている。

■コラーゲン collagen　←→膠原病　参考1/2

細胞外マトリックスを構成する主要な成分。細胞の間を埋めて、他の糖タンパク質とともに細胞間マトリックスを形成する。
真皮、血管、歯、靱帯、腱、骨、軟骨などほとんどの組織に存在する繊維状のタンパク質で、全タンパク質の約30％を占めている。
全コラーゲン量の40％は皮膚に、20％は骨や軟骨に存在しており、その他血管や内臓など全身に広く分布している。
コラーゲンを産生する主な細胞は、皮膚に存在する線維芽細胞、軟骨に存在する軟骨細胞、骨を形成する骨芽細胞などで、細胞間マトリックスを形成する。
コラーゲンは3本の分子量95,000のポリペプチド鎖が右巻きに絡み合った3本鎖の構造をしている。
コラーゲンタンパク質のペプチド鎖を構成するアミノ酸は、[―(グリシン)―(アミノ酸X)―(アミノ酸Y)―] と、グリシンが3残基ごとに繰り返す一次構造を有する。この配列は、コラーゲン様配列と呼ばれ、コラーゲンタンパク質の特徴である。
1本のペプチド鎖はα鎖と呼ばれ、分子量は10万程度で。多くの型のコラーゲンでは、このペプチド鎖が3本集まり、縄をなうようにお互いに巻きついて、らせん構造を形成する。これがコラーゲンの構成単位であり、トロポコラーゲンと呼ばれる。トロポコラーゲンを作る際、1本1本のペプチド鎖は、左巻きのポリプロリンII型様の二次構造をとり、3本のペプチド鎖は、お互いに1残基分ずつずれて、グリシンが中央に来るようなゆるい右巻きのらせん構造を形成する。
熱を加えると高次構造の変化を来たし、ゼラチンと呼ばれる。

コラーゲンは30種類以上見つかっている。

I型コラーゲン

線維性コラーゲン。長さは約300nm、太さは1.5 nm。
皮膚と骨のコラーゲン。骨に大量に含まれ、骨に弾力性を持たせるのに働いている。皮膚の真皮にも非常に多く、皮膚の強さを生み出す働きがある。
α1鎖2本とα2鎖1本が集まって形成される。
電子顕微鏡でみると、きれいな規則正しい縞模様が見えるのが特徴。コラーゲンのアミノ酸の配列にその鍵がある。ポリペプチド鎖は3つのアミノ酸毎にグリシンを含み、[―(グリシン)―(アミノ酸X)―(アミノ酸Y)―] が1014アミノ酸残基繰返す配列を持っている。(アミノ酸X) としてプロリン、(アミノ酸Y) として、4(R)ヒドロキシプロリン（プロリンが酵素によって修飾されたもの）が多く存在する。

II型コラーゲン

線維性コラーゲン
軟骨に主に含まれているコラーゲン。眼球の硝子体液の成分でもある。
I型コラーゲンと異なり、同一の3本のα1鎖から構成される。
髄核の基質はアグリカンと弾力性に富むII型コラーゲンが主な構成要素である。

III型コラーゲン

線維性コラーゲン
I型コラーゲンの存在する組織にはIII型コラーゲンも共存する場合が多い。
III型コラーゲンは、コラーゲン線維とは別の、細網線維と呼ばれる細い網目状の構造を形成し、細胞などの足場を作っている。創傷治癒過程の初期段階で増殖し、やがてI型コラーゲンに置き換わる事で治癒が進むといわれる。

IV型コラーゲン

非線維性コラーゲン
基底膜に多く含まれており、平面的な網目状のネットワークを形成し、基底膜の構造を支えていると考えられている。
基底膜はすべての上皮組織の裏打ち構造で、上皮細胞の足場になる。

V型コラーゲン

線維性コラーゲン
I型コラーゲン、III型コラーゲンの含まれている組織に、少量含まれている。V型コラーゲンは、α1（V型）鎖、α2（V型）鎖、α3（V型）鎖が様々な割合で混合した三量体の混合物である。

VI型コラーゲン

非線維性コラーゲン
VI型コラーゲンはα鎖が2本逆向きに会合したものが2つ集まった四量体を形成する。
細線維（マイクロフィブリル）の成分である。細線維は、コラーゲン細線維とは別の線維状構造で、直径13 nm程度で細胞外基質に存在する。

VII型コラーゲン

非線維性コラーゲン
IV型コラーゲン同様、基底膜の構成成分である。三量体を形成する。

VIII型コラーゲン

非線維性コラーゲン
血管内皮細胞などがつくっている。
また盛んに形態形成が起こっている組織で多くつくられている。

創傷時に、線維芽細胞が細胞間マトリックス成分としてコラーゲンやプロテオグリカンなどのグリコサミノグリカン類を産生する。
TGF-βが活性化されると、線維芽細胞が欠損した部分を補うために、血小板や炎症細胞、内皮細胞からコラーゲンを産生する。

■プロテオグリカン proteoglycan

プロテオグリカンは、コアタンパク質（核タンパク質）にグリコサミノグリカン鎖が共有結合した分子群の総称
細胞間の間隙を満たす物質（細胞外基質）として重要な役割を果たしていると考えられている。
プロテオグリカンはそのグリコサミノグリカン部分およびタンパク質部分を介して様々なタンパク質と結合することによって、細胞を覆う巨大な分子複合体を形成する。
プロテオグリカンはヒアルロン酸のコアタンパクにコンドロイチン硫酸、ケラタン硫酸が多数結合した、アグリカンと呼ばれる硫酸化多糖の巨大分子が大部分を占めている。
軟骨のプロテオグリカン会合体はヒアルロン酸、リンクタンパクおよびアグリカンの三者から成り、保水作用を通じて軟骨に弾力性を与えている。
神経組織にもプロテオグリカンは大量に含まれており、神経細胞の発達に重要な機能を果たしている。

プロテオグリカンは陰性荷電の物質で、20種類以上の異種が発見されているが、分布する組織の場所により、核タンパク質合成過程とグリコサミノグリカン合成過程が異なっている。

アグリカン aggrecan

関節軟骨に存在する巨大なコンドロイチン硫酸プロテオグリカンで、軟骨機能に必須の分子
水分、コラーゲンとともに関節が加重などの衝撃を吸収するための重要な成分である。
脳、大動脈、腱などに存在する。

バーシカン/PG-M（versican：VCAN, mesenchyme proteoglycan）　

1989年にZimmermannとRuoslahti がfibroblast chondroitin sulfate proteoglycanのクローニングし、構造を決定した。
レクチンタンパクファミリー、アグリカンファミリーに属する分子で、マトリックスに存在して細胞挙動を制御している。
ヒアルロン酸のコアタンパクにケラタン硫酸が結合せずコンドロイチン硫酸が主体となって結合した硫酸化多糖（chondroitin sulfate proteoglycan）の巨大分子（1000kDa以上）は、アグリカンよりグリコサミノグリカン鎖が少ない物質
IB4もバーシカン

■グリコサミノグリカン glycosaminoglycan：GAG

以前「ムコ多糖」と呼ばれていた多糖
長鎖の通常枝分れがみられない多糖。動物の結合組織を中心にあらゆる組織に普遍的に存在する。
グリコサミノグリカンはその骨格構造により、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、ヘパラン硫酸などに分類され、それぞれ異なる機能を担っている。
アミノ糖残基とウロン酸残基の二糖単位を基本骨格として有する多糖類である。
硫酸基が付加した2糖の繰り返し構造からなる。アミノ糖（ガラクトサミン、グルコサミン）と、ウロン酸（グルクロン酸、イズロン酸）またはガラクトースである。多数の硫酸基とカルボキシル基を持つために、強く負に帯電している。
多くのグリコサミノグリカンは、プロテオグリカンとして、コアタンパク質と呼ばれる核となるタンパク質に付加した形で存在している。

唯一の例外は、ヒアルロン酸であり、プロテオグリカンとしては存在していない。

→ヒアルロン酸

コンドロイチン硫酸 chondroitin sulfate　→コンドロイチナーゼ

動物体内にみられるグリコサミノグリカンの一種。
生体内ではタンパク質と結合し結合組織などの基質成分として広く分布している。
通常、コアタンパク質と呼ばれる核となるタンパク質に共有結合したプロテオグリカンとして存在する。
D-グルクロン酸 (GlcA) と N-アセチル-D-ガラクトサミン (GalNAc) の2糖が反復する糖鎖に、硫酸が結合した構造を持つ。
コラーゲン線維の再生促進作用、コラーゲン線維の安定化作用、創傷治癒促進作用、抗炎症作用、末梢循環改善作用などの薬理作用を有する。

関節の軟骨部分にも多く存在している。

1851年	FischerとBödekerが初めて軟骨から分離した。
1891年	Johann Ernst Oswald Schmiedeberg（P 1838〜1921, ドイツDorpat大の薬学者、近代薬理学の父）が命名した。
1946年	Mayerらが構造式を明らかにした。

コンドロイチン硫酸A：コンドロイチン4-硫酸

哺乳動物、クジラ軟骨由来のコンドロイチン硫酸
GalNAcの4位に硫酸基がついている。（＝硫酸化されている2糖）
繰り返し二糖構造：グルクロン酸 - アセチルガラクトサミン4硫酸

コンドロイチン硫酸B：デルマタン硫酸（dermatan sulfate）

哺乳動物皮膚由来のコンドロイチン硫酸
GalNAc 4位の硫酸化がみられる。
コンドロイチン硫酸中のD-グルクロン酸がC5エピマー化し、L-イズロン酸となっている。
繰り返し二糖構造：イズロン酸2硫酸 - アセチルガラクトサミン4硫酸

コンドロイチン硫酸C：コンドロイチン6-硫酸

サメ軟骨などの軟骨由来のコンドロイチン硫酸
GalNAcの6位に硫酸基がついている。
繰り返し二糖構造：アセチルガラクトサミン6硫酸

コンドロイチン硫酸D

イカ由来のコンドロイチン硫酸
グルクロン酸の2位に硫酸基が付加したコンドロイチン6-硫酸
繰り返し二糖構造：グルクロン酸2硫酸 - アセチルガラクトサミン6硫酸

コンドロイチン硫酸E

4位、6位の両方が硫酸化されている。
繰り返し二糖構造：グルクロン酸 - アセチルガラクトサミン4,6二硫酸

特に軟骨の細胞外マトリックスにアグリカンと呼ばれるプロテオグリカンとして多く存在するが、皮膚などの結合組織、脳などあらゆる組織に広くみられる。
コンドロイチン硫酸のほとんどは、プロテオグリカンとして細胞外マトリックスや細胞表面に存在している。
軟骨のコンドロイチン硫酸の多くは、アグリカンというプロテオグリカンとして存在し、ヒアルロン酸、リンクタンパク質とともに超高分子複合体を形成している。
この複合体は、軟骨特有なII型コラーゲンとともに、軟骨の細胞外マトリックスを形成し、軟骨の持つクッション作用に重要な役割をしている。
皮膚に多く存在するデコリンは、コラーゲン繊維に結合し細胞外マトリックス形成の調節を行う。
その他の組織のコンドロイチン硫酸もプロテオグリカンとして、多くは細胞外マトリックスの形成に関与し、細胞接着、移動、分化、増殖など細胞形質の制御を行っていると考えられている。
脳においては、神経線維の再生を阻害する因子のひとつとして知られるほか、神経細胞の回りを取り巻く構造であるperineuronal netの主要成分として脳機能の可塑性に関与するとされる。
発達期の神経組織には、多くの種類のコンドロイチン硫酸が多量に発現している。コンドロイチン硫酸が神経突起の伸長パターンの決定に重要な役割を果たしていて、神経突起伸長期の神経組織をコンドロイチナーゼABCで処理すると突起の伸長パターンが大きく乱れることが知られている。コンドロイチン硫酸プロテオグリカンを塗布したシャーレの上で神経細胞を培養すると、神経突起はコンドロイチン硫酸プロテオグリカンが存在する領域を避けて伸長する。参考1

コンドロイチナーゼ：コンドロイチン硫酸の分解酵素　←→コンドロイチナーゼ（治療薬）

グラム陰性桿菌の一種であるProteus vulgaris（プロテウス・ブルガリス：水・土壌などの自然界に広く腐敗菌）から分離・精製された酵素
＝コンドロイチン硫酸リアーゼII（Chondroitin Lyase）（Lyase＝脱離酵素）
Proteus vulgarisの菌体等の培養物から抽出・精製されたコンドロイチナーゼABC、またはコンドロイチナーゼACを、椎間板に直接投与して椎間板ヘルニアを治療する試みが行なわれていて、椎間板ヘルニアの治療薬（酵素注入療法）としての用途が期待されている。

コンドロイチナーゼABC Chondroitinase ABC：C-ABC

コンドロイチン硫酸A、コンドロイチン硫酸B、コンドロイチン硫酸C、コンドロイチンおよびヒアルロン酸のN-アセチルヘキサミニド結合を脱離反応的に切断する酵素
未還元末端に不飽和ヘキスロン酸残基を持つ2糖を主に生成する。
酵素注入療法に利用される。

コンドロイチナーゼAC Chondroitinase AC

コンドロイチナーゼACIとコンドロイチナーゼACIIがある。
コンドロイチン硫酸A、コンドロイチン硫酸C、およびコンドロイチン硫酸を切断する酵素
ヘパラン硫酸、ヘパリン、ケラタン硫酸には作用しない。
コンドロイチン硫酸B（デルマタン硫酸）は切断しない。L-イズロン酸を還元末端側に結合したN-アセチルガタクトサミンは切断しない。
コンドロイチナーゼACI：コンドロイチン硫酸ーデルマタン硫酸ハイブリッド形の糖鎖のD-グルクロン酸に結合したN-アセチルガラクトサミド結合をよく切断する。
コンドロイチナーゼACII：----を充分結合しない。
酵素注入療法に利用される。

コンドロイチナーゼB Chondroitinase B

コンドロイチン硫酸B（デルマタン硫酸）のL-イズロン酸に結合したN-アセチルガラクトサミド結合のみを切断する。
L-イズロン酸を持たないコンドロイチン硫酸Aやコンドロイチン硫酸Cは切断しない。

ケラタン硫酸 KS D-グルコサミン D-ガラクトース O-硫酸ヘパラン硫酸 HS D-グルコサミン L-イズロン酸 N-硫酸

D-グルクロン酸 O-硫酸

ヘパリン

■クラスリン clathrin

細胞外マトリクスの分子をエンドサイトーシスにより取り込まれる際に形成される、エンドソーム外側を形作る骨格となるタンパク質である。
クラスリン分子は三脚巴構造 (triskelion) を取り、エンドソーム形成時は、複数のクラスリンが重合して格子を作り、サッカーボールの様な構造を形作る。
細胞分裂中期においては、有糸分裂紡錘体の動原体繊維（正確には微小管もしくは微小管結合タンパク質）と結合し、動原体繊維の配向を制御している。さらに、p53タンパク質と結合し、p53の転写活性化能を制御すると報告されている。
クラスリン分子は三つの足を持ち、三脚巴構造を取っている。それぞれの足はクラスリン重鎖とクラスリン軽鎖からなる。クラスリン重鎖は1675アミノ酸残基よりなり、分子量は約191kDaである。クラスリン軽鎖の分子量は約25-29kDaである。
クラスリン重鎖は、ヘリックス-ループ-ヘリックス構造をとり、C末端側から、Trimerizationドメイン、proximalドメイン、kneeドメイン、distalドメイン、ankleドメイン、およびterminal（終末）ドメインの6つのドメインからなる。

■微小管 microtubules　←→化学療法薬によるニューロパチー/軸索流

微小管は細胞骨格を形成するタンパク質である。
α-,β-tubulinのヘテロ二量体からなる繊維 protofilamentが13本集まって形成された外径25nm、内径14nmの中空の管状構造

脊椎動物の脳に大量に存在する（水溶性タンパクの10ｰ20%）。

チューブリン tubulin

チューブリン2量体が長軸方向に１列に結合してprotofilamentを作り、これが13本側面で結合して微小管↑を形成する。
チューブリンは互いによく似た球状タンパク質である、αサブユニットとβサブユニットからなるヘテロ2量体である。

αサブユニット分子量約5万

βサブユニット分子量約5万
両端で会合と解離（重合・脱重合とも言う）が起こり、その速度の違いに伸長の方向性が決まる。

重合
=会合チューブリンから微小管が形成される過程

脱重合
=解離微小管がチューブリンに戻る過程
重合阻害剤↓により、紡錘糸の形成が疎外され、核分裂がおこらなくなる。会合と解離にはGTPと多くの微小管結合タンパク質が関与する。重合・脱重合速度の速い方を+端、遅い方を-端と呼ぶ。
チューブリンはGTPを結合し、GDP に加水分解する。
チューブリンはsmall gene familyを形成している。

微小管結合タンパク質 microtubule-assosiated-protain：MAP

微小管は、MAPによって性質を制御されている。
MAPが結合するとそのMAPの種類によって安定化したり他の細胞成分との相互関係が変化したりする。

モータータンパク質

ダイニンとキネシンは、どちらもモータータンパク質と呼ばれ、微小管上を動いて行く。
いずれも頭部で微小管と結合し、尾部にある結合部位で細胞内の物質と結合する。移動にはATPのエネルギーが必要である。
ダイニン
dynein
ー端に向かって動く。
逆行性輸送
キネシン
kinesin
＋端に向かって動く。
速い順行性輸送に関与する。

アクチン結合性タンパク質

アクチンフィラメントの重合・脱重合の調整はアクチン結合性タンパク質によって調整される。モノマーのGーアクチンが結合するのを阻害する隔離因子、F-アクチンを途中で切断してしまう切断因子、構造を安定化するような安定化因子も存在。
アクチンフィラメント同士の結合もこのアクチン結合性タンパクによる。その種類によりミオシンが入れる収束性の束をつくるものや、隙間の狭い平行な束を作るものがある。

　[微小管の形成]

微小管には極性がある。

ー端	中心体(centrosome)／微小管形成中心(microtubule organizing center; MTOC)に付着し、安定化されている。ダイニンはー端に向かって動く。
＋端	伸長する。キネシンは＋端に向かって動く。

　[機能]

細胞形態の制御
細胞内物質輸送：微小管は細胞内のタンパク質の輸送や細胞内小器官輸送のレールとして機能している。

軸索輸送

速い順行性輸送

細胞体で作られたを神経末端への輸送。
キネシンが関与。

逆行性輸送

神経末端で不要になったものや、取り込んだものを細胞体へ戻す輸送。
ダイニンが関与。

紡錘糸の形成：染色体移動に関与、細胞分裂が終わるとmonomerに戻り消失する。
鞭毛運動：鞭毛（10~100nm）、繊毛（5~10nm）
細胞分裂する際に、複製されたDNAは染色体と呼ばれる構造に凝集し、細胞の両極へと引き寄せられ、等分されるが、このとき染色体を分裂した２つの細胞に分離する働きをする。

　[微小管と作用する分子]

チューブリンと結合し、重合を阻害：コルヒチン、ビンカアルカロイド製剤
微小管と結合し、安定化；分裂を阻害：タキサン製剤

　[微小管と抗がん剤]

がん細胞が分裂する時に、チューブリン↑から微小管が形成される過程を阻害すれば、細胞分裂を防ぐことができる。
ビンカアルカロイド製剤はチュブリンの重合を阻害する。
タキサン系抗がん剤は微小管に結合してチューブリンの重合を促進し、微小管を安定化・過剰形成させる。
いずれの薬剤も微小管重合の動的平衡状態を破壊することにより微小管の正常の働きを妨げ、細胞周期を分裂期（M期）に停止させて細胞増殖を抑制し、がん細胞を殺す。
微小管をターゲットにする抗がん剤は、その副作用として神経細胞の軸索の働きを傷害し、しびれや感覚障害や痛みなどの末梢神経障害の副作用を引き起こす。

■ニューロフィラメント neurofilament：NF　参考1

神経細胞に特異的に分布する中間径フィラメント
αインターネクシン、シネミン、ネスチンとともにtype Ⅳ型中間径フィラメントに分類されている。
中枢神経系（脊髄を含む）の神経細胞、末梢神経系の神経節細胞にほぼ普遍的に分布し、神経細胞の細胞体だけでなく軸索や樹状突起にも存在する。
微小管と共に分化成熟した神経細胞の主要な細胞骨格として機能している。
近年，中枢神経変性疾患で過剰リン酸化されたニューロフィラメントが神経細胞の封入体として沈着することが明らかになり、中間径フィラメントのリン酸化異常が引き金となって惹起される神経細胞の変性のメカニズムに関心が集まり、神経病理学的な研究が盛んに行われている。
イカのgiant axonから1970年に分離抽出された（Huneeus FC et al, 1970）。
ニューロフィラメントの抗体：RT97

炎症マーカー　←→炎症

C反応性タンパク（C‐reactive protein）：CRP

代表的な炎症マーカー：肺炎球菌の細胞壁のC多糖体と反応するタンパク質
急性炎症や病気などで体の組織が壊れた時に上昇する血液中のタンパクの一種
炎症が起きると比較的速やかに血液中に現れ、炎症が終息すると正常に戻る。
扁桃炎や肺炎などの細菌が感染したり関節リウマチ、心筋梗塞やけがなどで上昇する。

血沈（erythrocyte sedimentation rate）：ESR

代表的な炎症マーカー
組織の崩壊や炎症で赤沈が亢進することが知られている。
赤沈は単なる炎症マーカーとしだけでなく、患者の全身状態の把握に有用。
赤沈は疾患の活動性と重症度の判定に有効。一般に赤沈亢進は病態の程度に相関し、組織崩壊や炎症が修復されると赤沈も正常化する。
高値を示す疾患：感染症、膠原病（関節リウマチ、全身性エリテマトーデス）、血液疾患、心筋梗塞、悪性腫瘍、血漿タンパク異常、腎疾患

■イムノフィリン immunophilin

イムノフィリンとはシクロスポリンAやタクロリムス（FK506）などの免疫抑制薬のレセプタータンパクの総称で、免疫系の組織脳に多く存在する。

■frataxin

フリードライヒ失調症：FAの原因タンパク
1996年にFAの原因遺伝子がScience誌で報告された。
FAはイントロン部のGAAに生じる三塩基病 triplet repeat disease である。
Frataxinは分子量17 kDaのミトコンドリアタンパクであるが、frataxinをコードするX25遺伝子イントロン内に存在するGAAリピートが100〜1700回と伸長することによりFAを発症する（正確には伸長アリルのホモ接合体、もしくは、伸長アリルと点変異の複合へテロ接合体で発症する）。
9番染色体上の Frataxin,FRDA遺伝子はミトコンドリア上の鉄輸送と呼吸に関係している。
Babcockらはfrataxinと高い類似の配列をもつ酵母遺伝子は、鉄の恒常性とミトコンドリアの機能の制御に関与しているミトコンドリアタンパク質をコードしていることを発見した。ヒトのfrataxinもミトコンドリアのタンパク質であることが示された。
Friedreich運動失調に異常な鉄の蓄積が以前から観察されていたため、この結果が観察した病理学のメカニズムを示唆している。

クリプトクロム cryptochrome　参考1

青色光受容体タンパク質である。
ギリシャ語で「隠れた色素」（κρυπτοσ χρομοσ）という意味であり、元来は植物にあると想定された青色光受容体を指した。現在では特定の一群のタンパク質の名称であり、植物にはもう一種の青色光受容体であるフォトトロピンも見つかっている。
クリプトクロムは緑藻から高等植物までにあり、さらに動物などにもよく似たタンパク質があることが明らかになっている。
時計遺伝子の一つでもある。
クリプトクロムはフラビンタンパク質で、植物では光に基づく花芽形成、伸長、概日リズムなどの調節に関与している。
岡嶋研二教授と原田直明准教授（名市大）の研究グループは感覚神経終末にもクリプトクロム受容体が存在し、青色光や磁気、超音波などで刺激をすると、インスリン様成長因子-I（IGF-I）の産生を促す一連のプロセスを引き起こすことを突き止めたのです。
損傷したラットの脊髄神経細胞に青い光を当てると、細胞の成長を促すタンパク質が増えて損傷部分が回復する。

→ポリペプチド
→アミノ酸

Pain Relief

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