環状アデノシン二リン酸リボース

環状アデノシン二リン酸リボース

環状アデノシン二リン酸リボース（Cyclic ADP-ribose）、略称cADPRは、生体内で重要な役割を果たす環状構造を持つアデノシンヌクレオチドの一種です。細胞内シグナル伝達系において、情報伝達を仲介するセカンドメッセンジャーとして機能します。その化学構造と、細胞内のカルシウムイオン動態を制御する働きから、多くの生理機能に関与していることが明らかになっています。

構造

cADPRの分子構造は、アデニン塩基に結合したリボース（アデノシン部分）の5'位に二つのリン酸基が連なり、そのリン酸基を介して別のリボースが結合しています。特徴的なのは、この二つ目のリボースの末端が、当初のアデニン塩基のN1位とグリコシド結合を形成し、閉じた環状構造を形成している点です。これにより、通常の線状のヌクレオチドとは異なる安定した構造を持ち、細胞内で特異的な機能を発揮することが可能となっています。

生合成

cADPRは、主にニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD+）を前駆体として、特定の酵素によって細胞内で合成されます。この合成を触媒するのは、ADPリボシルシクラーゼ活性を持つ酵素、特にCD38ファミリーに属する多機能性酵素です。これらの酵素の作用により、NAD+分子が化学的に変換され、cADPRが生成されます。細胞が特定の刺激を受けた際に、この酵素が活性化されることでcADPRの細胞内濃度が上昇し、セカンドメッセンジャーとしての機能を発揮するに至ります。

機能

cADPRの最もよく知られた機能は、細胞内のカルシウムイオン（Ca²⁺）シグナル伝達を制御することです。特に、筋細胞や神経細胞などの細胞内カルシウム貯蔵庫（筋小胞体や小胞体など）に存在するリアノジン受容体（RyR）に結合し、その活性を調節します。cADPRはRyRに対しアロステリック調節因子として作用し、比較的低濃度でRyRからのCa²⁺放出を促進することが示されています。このCa²⁺放出は、筋収縮、神経伝達、細胞増殖、アポトーシス（プログラムされた細胞死）など、多岐にわたる細胞応答の引き金となります。高濃度のカフェインがRyRを活性化する作用も、cADPRの作用機序と類似していることから、カフェインがcADPRと同様の働きを代替している可能性が示唆されています。ただし、cADPRがRyRに直接結合して作用するのか、あるいはFKBP12.6のような補助因子に結合して間接的に作用するのかなど、詳細な作用機序には依然として不明確な点も残されています。

代謝

cADPRは、細胞内で合成されるだけでなく、分解されて不活性化される代謝経路も存在します。cADPRの主要な分解酵素も、その合成を担うCD38ファミリーの酵素であることが知られています。CD38は、cADPRを加水分解し、線状のアデノシン二リン酸リボース（ADP-ribose）に変換する活性を持っています。この加水分解反応は、共有結合を介する中間体を経て進行すると考えられています。興味深いことに、このcADPRの加水分解は、細胞内に存在するアデノシン三リン酸（ATP）によって阻害されることが分かっています。そのため、細胞内のATP濃度が高い状況下では、cADPRの分解が抑えられ、cADPRが蓄積しやすい状態となります。このように、cADPRの細胞内濃度は、合成酵素と分解酵素の活性バランス、そして細胞内の他の分子（ATPなど）の存在によって巧妙に制御されています。

cADPRの研究は、生命現象におけるカルシウムシグナルの重要性を理解する上で、大きな進歩をもたらしました。その発見以来、様々な細胞機能における役割が探求されており、今後も新たな生理機能や疾患との関連性が明らかになることが期待されます。

参考文献

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関連項目

ニコチン酸アデニンジヌクレオチドリン酸
イノシトールトリスリン酸

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