コネクシン
コネクシンは、脊椎動物の細胞間に存在する特別な通路、すなわちギャップ結合を形成する主要なタンパク質群です。これらのタンパク質は細胞膜を貫通しており、隣接する細胞間でイオンや様々な小さな分子が直接行き来することを可能にします。これにより、細胞間の素早いコミュニケーションや物質輸送が実現され、心筋の協調した収縮や胚の適切な発生、さらには微小血管を通る信号の伝達など、生命維持に不可欠な多くの生理機能が支えられています。
無脊椎動物にも細胞間連絡チャネルを形成するタンパク質が存在しますが、それはイネキシンと呼ばれ、構造的にコネクシンとは異なります。コネクシンを構成する遺伝子の変異は、こうした重要な生理過程に異常を引き起こす原因となることが知られています。
構造
構造的に見ると、コネクシン分子は細胞膜を四回通り抜ける構造を持ち、そのN末端とC末端はいずれも細胞の内側、つまり細胞質側に位置しています。この構造には、二つの細胞外ループ（EL-1とEL-2）と一つの細胞質ループ（CL）が含まれます。コネクシンをコードする遺伝子は非常に多様であり、ヒトのゲノムからは21種類、マウスのゲノムからは20種類の配列が見つかっています。これらのタンパク質は26 kDaから60 kDaの範囲の分子量を持ち、平均しておよそ380個のアミノ酸から構成されています。
一つのギャップ結合は、コネクソンと呼ばれる二つの半チャネル（ヘミチャネル）が向かい合って結合することで形成されます。それぞれのヘミチャネルは、六つのコネクシン分子が集まって構成されています。コネクシンには様々な種類があり、それらがどのような組み合わせでヘミチャネルを形成するかによって、ギャップ結合の持つ性質、例えばイオンの透過しやすさ（伝導性）、特定の分子を選択的に通す性質、あるいは膜電位や特定の化学物質によって開閉する性質などが微妙に異なります。
命名法
コネクシンは一般的に「Cx」または「CX」と略して表記されます。従来は、そのタンパク質の分子量に基づいて命名されることが多く、例えば分子量26 kDaのコネクシンはCx26と呼ばれています。しかし、同じ機能を持つオーソログタンパク質であっても、生物種が異なると分子量が異なる場合があるため、この命名法では比較する際に混乱が生じることがあります。
こうした問題を解消するため、「GJ（Gap Junction）命名法」という別の命名法が提案されました。この方法では、コネクシン遺伝子を構造的な特徴に基づいてα型（GJA）、β型（GJB）などに分類し、それに識別番号を付け加えます。例えば、従来の命名法でCX43やCx43と呼ばれるものは、GJ命名法ではGJA1やGja1となります。2007年の国際会議では、コネクシンをコードする遺伝子の命名にはGJ命名法を用いることが採択されましたが、タンパク質については、混乱を避けるためにヒトのタンパク質の分子量を用いてそのオーソログを表す従来の命名法も引き続き用いられることが望ましいとされました。
生合成と細胞輸送
コネクシンの生合成は、リボソームでの翻訳から始まります。翻訳されたコネクシン分子は小胞体の膜に組み込まれ、ここで適切な立体構造（フォールディング）を形成します。この過程で二つの細胞外ループが作られます。続いて、コネクシン分子同士が集まり（オリゴマー化）、ヘミチャネルの形成が始まります。形成されたヘミチャネルは小胞体を出て、VTC（小胞-チューブ状クラスター）を経てゴルジ体のシス側へと輸送されるのが一般的な経路です。ただし、Cx26のように、ゴルジ体を通過せずに細胞膜へ輸送されるコネクシンも存在します。
細胞膜に無事到達したヘミチャネルは、膜の脂質二重層の中を自由に移動します。その後、主にカドヘリンのような特定の細胞接着タンパク質の助けを借りながら、隣接する細胞膜にある対となるヘミチャネルと物理的に結合します。この結合によって、細胞間をつなぐ完全なギャップ結合チャネルが完成します。
分解
コネクシンの注目すべき特徴の一つに、その寿命が非常に短いことが挙げられます。多くのコネクシンの半減期はわずか数時間しかありません。この短い寿命は、ギャップ結合が常に新しいタンパク質に置き換えられ、動的に状態が変化していることを意味します。このような動的な性質は、例えば子宮筋層など、特定の組織で生理状態に応じてギャップ結合の機能を細やかに調節するために重要であると考えられています。
機能
コネクシンがギャップ結合チャネルとして果たす機能は多岐にわたります。特に中枢神経系においては、ギャップ結合は神経細胞の前駆細胞、成熟した神経細胞、そしてグリア細胞の間を電気的に連結する重要な役割を担っています。特定のコネクシンを欠損させた（ノックアウト）マウスを用いた研究からは、こうした電気的な結合が視覚信号の円滑な伝達に不可欠であることが明らかにされています。
例えば、網膜では、コネクシンを介した細胞間の結合が周囲の光の強さに応じて変化し、これによって様々な照明条件下での視覚機能が適切に調整されています。コネクシンによる細胞間の電気的共役は、コネクシン分子自体の発現量の調節など、様々なメカニズムによって厳密に制御されています。
ギャップ結合は脊椎動物特有の構造であり、それを形成するコネクシンもまた脊椎動物にのみ見られます。無脊椎動物には、機能的にはギャップ結合に似た細胞間連絡チャネルを形成するイネキシンというタンパク質が存在しますが、これはコネクシンとは遺伝的に無関係です。興味深いことに、イネキシンの遺伝子によく似た配列は脊索動物にも見られますが、これらのタンパク質は細胞間にギャップ結合を形成するのではなく、パネキシンと呼ばれるチャネルとして機能します。パネキシンは細胞の内外を直接つなぐ、非常に大きな膜貫通孔として働くことで知られています。
無脊椎動物にも細胞間連絡チャネルを形成するタンパク質が存在しますが、それはイネキシンと呼ばれ、構造的にコネクシンとは異なります。コネクシンを構成する遺伝子の変異は、こうした重要な生理過程に異常を引き起こす原因となることが知られています。
構造
構造的に見ると、コネクシン分子は細胞膜を四回通り抜ける構造を持ち、そのN末端とC末端はいずれも細胞の内側、つまり細胞質側に位置しています。この構造には、二つの細胞外ループ（EL-1とEL-2）と一つの細胞質ループ（CL）が含まれます。コネクシンをコードする遺伝子は非常に多様であり、ヒトのゲノムからは21種類、マウスのゲノムからは20種類の配列が見つかっています。これらのタンパク質は26 kDaから60 kDaの範囲の分子量を持ち、平均しておよそ380個のアミノ酸から構成されています。
一つのギャップ結合は、コネクソンと呼ばれる二つの半チャネル（ヘミチャネル）が向かい合って結合することで形成されます。それぞれのヘミチャネルは、六つのコネクシン分子が集まって構成されています。コネクシンには様々な種類があり、それらがどのような組み合わせでヘミチャネルを形成するかによって、ギャップ結合の持つ性質、例えばイオンの透過しやすさ（伝導性）、特定の分子を選択的に通す性質、あるいは膜電位や特定の化学物質によって開閉する性質などが微妙に異なります。
命名法
コネクシンは一般的に「Cx」または「CX」と略して表記されます。従来は、そのタンパク質の分子量に基づいて命名されることが多く、例えば分子量26 kDaのコネクシンはCx26と呼ばれています。しかし、同じ機能を持つオーソログタンパク質であっても、生物種が異なると分子量が異なる場合があるため、この命名法では比較する際に混乱が生じることがあります。
こうした問題を解消するため、「GJ（Gap Junction）命名法」という別の命名法が提案されました。この方法では、コネクシン遺伝子を構造的な特徴に基づいてα型（GJA）、β型（GJB）などに分類し、それに識別番号を付け加えます。例えば、従来の命名法でCX43やCx43と呼ばれるものは、GJ命名法ではGJA1やGja1となります。2007年の国際会議では、コネクシンをコードする遺伝子の命名にはGJ命名法を用いることが採択されましたが、タンパク質については、混乱を避けるためにヒトのタンパク質の分子量を用いてそのオーソログを表す従来の命名法も引き続き用いられることが望ましいとされました。
生合成と細胞輸送
コネクシンの生合成は、リボソームでの翻訳から始まります。翻訳されたコネクシン分子は小胞体の膜に組み込まれ、ここで適切な立体構造（フォールディング）を形成します。この過程で二つの細胞外ループが作られます。続いて、コネクシン分子同士が集まり（オリゴマー化）、ヘミチャネルの形成が始まります。形成されたヘミチャネルは小胞体を出て、VTC（小胞-チューブ状クラスター）を経てゴルジ体のシス側へと輸送されるのが一般的な経路です。ただし、Cx26のように、ゴルジ体を通過せずに細胞膜へ輸送されるコネクシンも存在します。
細胞膜に無事到達したヘミチャネルは、膜の脂質二重層の中を自由に移動します。その後、主にカドヘリンのような特定の細胞接着タンパク質の助けを借りながら、隣接する細胞膜にある対となるヘミチャネルと物理的に結合します。この結合によって、細胞間をつなぐ完全なギャップ結合チャネルが完成します。
分解
コネクシンの注目すべき特徴の一つに、その寿命が非常に短いことが挙げられます。多くのコネクシンの半減期はわずか数時間しかありません。この短い寿命は、ギャップ結合が常に新しいタンパク質に置き換えられ、動的に状態が変化していることを意味します。このような動的な性質は、例えば子宮筋層など、特定の組織で生理状態に応じてギャップ結合の機能を細やかに調節するために重要であると考えられています。
機能
コネクシンがギャップ結合チャネルとして果たす機能は多岐にわたります。特に中枢神経系においては、ギャップ結合は神経細胞の前駆細胞、成熟した神経細胞、そしてグリア細胞の間を電気的に連結する重要な役割を担っています。特定のコネクシンを欠損させた（ノックアウト）マウスを用いた研究からは、こうした電気的な結合が視覚信号の円滑な伝達に不可欠であることが明らかにされています。
例えば、網膜では、コネクシンを介した細胞間の結合が周囲の光の強さに応じて変化し、これによって様々な照明条件下での視覚機能が適切に調整されています。コネクシンによる細胞間の電気的共役は、コネクシン分子自体の発現量の調節など、様々なメカニズムによって厳密に制御されています。
ギャップ結合は脊椎動物特有の構造であり、それを形成するコネクシンもまた脊椎動物にのみ見られます。無脊椎動物には、機能的にはギャップ結合に似た細胞間連絡チャネルを形成するイネキシンというタンパク質が存在しますが、これはコネクシンとは遺伝的に無関係です。興味深いことに、イネキシンの遺伝子によく似た配列は脊索動物にも見られますが、これらのタンパク質は細胞間にギャップ結合を形成するのではなく、パネキシンと呼ばれるチャネルとして機能します。パネキシンは細胞の内外を直接つなぐ、非常に大きな膜貫通孔として働くことで知られています。
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