ラミニン

ラミニンとは

ラミニン（laminin）は、多細胞生物の組織において、細胞と細胞を支える足場となる細胞外マトリックスの一部を構成する巨大なタンパク質です。特に、多くの細胞シートの底部に存在する特殊な細胞外マトリックス構造である「基底膜（basement membrane）」の主要な構成要素として知られています。

この分子は、細胞の接着、移動、増殖、さらには分化といった基本的な生命活動を調節する重要な役割を担っており、組織が適切に形作られ、維持されるために不可欠です。生命の発生において非常に早期から（例えば、マウスでは2細胞期という初期段階から）その存在が確認されており、胚発生の過程においても重要な機能を発揮します。また、がん細胞の浸潤や転移、様々な疾患とも関連が深いことが研究によって明らかになっています。

発見の経緯

基底膜の成分特定は、歴史的に見ると容易ではありませんでした。形態学的な観察によってその存在は確認されていましたが、組織中に少量しか含まれていないこと、特定の酵素活性の指標がないこと、そして薄いシート状の構造であるため精製が困難であったことから、生化学的な解析に必要な量を単離することが非常に難しかったためです。

この状況を打開する手がかりとなったのは、1977年に米国国立衛生研究所（NIH）のジョージ・マーチンらが発見した、マウス皮下に移植可能なEHS肉腫（Engelbreth-Holm-Swarm sarcoma）でした。この腫瘍は、大量の基底膜成分を合成するという珍しい性質を持っており、そこから生化学的な研究に必要な量のタンパク質を単離することが可能になったのです。

そして1979年、ドイツのマックス・プランク生化学研究所のルパート・ティンプルは、マーチンと共同で、このEHS肉腫から新しいタンパク質を精製することに成功しました。彼らは、基底膜の一部であるベーサル・ラミナ（basal lamina、基底板）の「lamina」にちなんで、この新しいタンパク質をラミニンと命名しました。

基底膜は、ベーサル・ラミナと、主にI型やV型コラーゲンからなるレティキュラ・ラミナ（線維細網板）の2層から構成されると定義されることがあります。さらにベーサル・ラミナは、電子顕微鏡で観察される透明板（lamina lucida）と緻密板（lamina densa）に分けられ、ラミニンは主に透明板の領域に存在すると考えられています。

構造

ラミニン分子は、3種類の異なるポリペプチド鎖、すなわちα鎖、β鎖、γ鎖がそれぞれ1本ずつ集まって形成される「ヘテロ三量体」構造をとります。これらの鎖はジスルフィド結合（S-S結合）によって強固に結びついています。

マウスEHS肉腫由来で初期に詳細に研究されたラミニン-111は、約440 kDaのα1鎖、約220 kDaのβ1鎖、約205 kDaのγ1鎖という巨大なサブユニットからなる、分子量約865 kDaの巨大な糖タンパク質です。その組成の約15%は糖鎖であり、二次構造としては約30%がαヘリックス、約15%がβシートからなります。

1981年、スイスのユーゲン・エンゲルは電子顕微鏡を用いて単一のラミニン分子を初めて観察し、その特徴的な非対称の「十字形」構造（1本の長い腕と3本の短い腕）から「ラミニンの十字形モデル」を提唱しました。その後、分子生物学的手法によってラミニンの詳細な構造が解明されていきます。

1987年には、NIHの山田吉彦らが、組換えDNA技術を駆使してラミニンβ鎖とγ鎖のcDNA塩基配列を決定し、そのアミノ酸配列（一次構造）を明らかにしました。さらに翌年にはα鎖の配列も解明され、ラミニン-111の完全な一次構造が決定されました。

ラミニン分子内には、機能的に異なる複数の領域（ドメイン）が存在します。C末端側の球状のGドメイン（globular domain）は細胞接着、細胞移動、細胞内シグナル伝達、細胞分化など多様な機能に関与する重要な領域です。中央部にはコイルドコイル領域があり、ラミニンが基底膜内で空間を維持する役割を担います。また、EGF（上皮成長因子）に類似した配列を持つEGF様ドメインが繰り返し存在し、他の分子との結合に関与します。N末端近くのLNドメインは、ラミニン分子同士が集まってネットワーク構造を作る自己会合に重要な役割を果たします。

細胞接着活性と結合分子

ラミニンの重要な機能の一つに細胞接着活性があります。これは、1980年にマーチンによって発見され、フィブロネクチンの研究で用いられた手法を応用して詳細が調べられました。興味深いことに、ラミニンはフィブロネクチンが線維芽細胞によく接着するのとは対照的に、上皮細胞や神経細胞によく接着するという初期の報告がありましたが、後に細胞が発現するレセプターの種類に依存することが分かり、特定の細胞型への接着という単純な類型化は当てはまらなくなりました。

ラミニンには、細胞表面の分子と結合するための複数の細胞接着部位が存在します。代表的なものとして、β鎖上のYIGSR（Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg）配列やIKVAV配列などが同定されています。これらの活性部位は、ラミニンをタンパク質分解酵素で分解したり、合成ペプチドを用いた実験などにより特定されました。

ラミニンは、細胞表面の分子だけでなく、他の細胞外マトリックス分子とも相互作用して基底膜を構築します。自身と自己会合するほか、ナイドジェン、パールカン、IV型コラーゲン、αジストログリカンなど、多様な分子と結合します。

細胞表面では、ラミニンと結合する分子を「ラミニン・レセプター」と呼びます。これらは大きく「インテグリン」と「非インテグリン型レセプター」に分けられます。インテグリンとしては、α1β1、α2β1、α3β1、α6β1など、多くの組み合わせがラミニンレセプターとして機能します。非インテグリン型レセプターとしては、37/67 kDaラミニンレセプター（LRP/LR）やαジストログリカン（クレイニンとも呼ばれた）が重要です。過去にはアスパルタクチンという分子もラミニンレセプターとして報告されましたが、後に細胞内タンパク質であるカルセクエストリンと同一であり、レセプター機能はないと否定されました。

ラミニン・ファミリー

当初、ラミニンといえばマウスEHS肉腫から単離された単一の分子を指していましたが、1980年代後半になると、それによく似た新しいタンパク質が様々な組織で見つかるようになりました。メローシンやs-ラミニンといった名称で報告された後、ラミニン類似分子の発見が相次ぎ、命名が複雑化しました。

この混乱を解消するため、1994年にラミニン研究者間の合意により、サブユニットの種類に基づいてラミニンを分類する統一的な命名法が提案されました。そして2005年には、構成するα、β、γ鎖のサブタイプ番号を付加したより明確な命名法が導入されました。例えば、初期に研究されたラミニンは、α1、β1、γ1鎖から構成されるため、新しい命名法では「ラミニン-111」と呼ばれます。

ヒトでは、5種類のα鎖（α1〜α5）、3種類のβ鎖（β1〜β3）、3種類のγ鎖（γ1〜γ3）の遺伝子が存在し、これらの組み合わせによって理論上は様々な種類のラミニン分子が存在しえます。現在までに17種類（あるいは19種類）のラミニン分子が同定されており、さらに選択的スプライシングによる多様性も存在します。ラミニン分子の種類によって、その分布や機能は大きく異なります。

生物学的な役割と応用

ラミニンは発生や組織形成、神経系の機能、血管形成など、多様な生理現象に深く関わっています。特定のラミニン遺伝子を欠損させたマウスを用いた研究は、それぞれのラミニンが担う機能の解明に貢献しています。ただし、あるラミニンがなくても生存できる場合があり、これは他のラミニン分子や細胞接着分子がその機能を代償している可能性が示唆されています。

ラミニンの異常は様々な疾患の原因となります。ラミニン遺伝子の変異や欠失は、先天性筋ジストロフィー（ラミニンα2鎖）、接合部型表皮水疱症（ラミニンα3鎖）、先天性ネフローゼ症候群や小瞳孔症を伴うピアソン症候群（ラミニンβ2鎖）といった重篤な疾患を引き起こします。また、自己免疫疾患の一部では、ラミニン分子に対する自己抗体が産生され、病態に関与することが知られています（例：類天疱瘡におけるラミニンγ1鎖やラミニン-332への自己抗体）。

がんとラミニンの関連も古くから研究されています。ラミニンはがん細胞の増殖、移動、浸潤、転移に関与しており、YIGSRなどのラミニン由来ペプチドはがん転移を抑制する可能性が示されています。また、悪性度の高いがん細胞で高発現する67 kDaラミニンレセプターを標的とした抗がん剤開発も進められています。

近年、再生医療分野における幹細胞研究において、ラミニンの重要性が再認識されています。ヒトES細胞やiPS細胞を培養する際に、動物由来成分を含まない安定した培養基質として、特定のラミニン分子（特にラミニン-511）が有効であることが報告されており、臨床応用を目指した研究が進展しています。

さらに、ラミニンが持つ細胞接着能力や、多くの細菌がラミニンレセプターを持つことを利用した抗菌材料など、医療や工学分野への応用研究も行われています。

このように、ラミニンは基底膜の構築にとどまらず、細胞の挙動を制御し、発生から疾患、さらには新たな医療技術の開発に至るまで、幅広い領域でその重要性が認識されている分子です。その多様な機能と複雑なネットワークの全貌解明に向けた研究は、現在も活発に進められています。

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