ドーパミントランスポーター

ドーパミントランスポーター（DAT、ナトリウム依存性ドーパミントランスポーターとも呼ばれる）は、ヒトではSLC6A3遺伝子（DAT1とも呼ばれる）によってコードされる膜貫通タンパク質であり、神経伝達物質ドーパミンをシナプス間隙から細胞質へと送り出す。細胞質では、他のトランスポーターがドーパミンを小胞に隔離して貯蔵し、後で放出する。DATを介したドーパミンの再取り込みは、シナプスからドーパミンを除去する主要なメカニズムを提供するが、前頭前皮質では例外があり、ノルアドレナリントランスポーターの役割がより大きい可能性を示唆する証拠がある。^{[ 5 ]}

DATは、注意欠陥多動性障害、双極性障害、臨床的うつ病、摂食障害、物質使用障害など、多くのドーパミン関連障害に関与している。DATタンパク質をコードする遺伝子は、第5染色体に位置し、15個のコードエクソンから構成され、長さは約64kbpである。DATとドーパミン関連障害との関連性の証拠は、 SLC6A3遺伝子の可変数タンデムリピートと呼ばれる遺伝子多型の一種から得られており、これは発現するタンパク質の量に影響を与える。^{[ 6 ]}

DATは、シナプス間隙からドーパミンを除去して周囲の細胞に沈着させることで神経伝達物質のシグナルを終結させる膜貫通タンパク質である。ドーパミンは報酬を含む認知のいくつかの側面に関与しており、DATはそのシグナルの調節を促進する。^{[ 7 ]}

DATは、細胞膜を介してドーパミンを輸送する共輸送体であり、その輸送は、高濃度から低濃度へと細胞内へ移動するナトリウムイオンのエネルギー的に有利な移動と連動している。DATの機能には、ドーパミン基質とともに2つのNa ⁺イオンと1つのCl−^イオンが順次結合し、共輸送されることが必要である。DATを介したドーパミン再取り込みの駆動力は、細胞膜のNa ⁺ /K ⁺ ATPaseによって生成されるイオン濃度勾配である。^{[ 8 ]}

モノアミントランスポーターの機能に関する最も広く受け入れられているモデルでは、ドーパミンが結合する前に、ナトリウムイオンがトランスポーターの細胞外ドメインに結合する必要があります。ドーパミンが結合すると、タンパク質は構造変化を起こし、ナトリウムとドーパミンの両方が膜の細胞内側で解離できるようになります。^{[ 9 ]}

電気生理学と放射性標識ドーパミンを用いた研究により、ドーパミントランスポーターは他のモノアミントランスポーターと同様に、1分子の神経伝達物質が1つまたは2つのナトリウムイオンとともに膜を横切って輸送されることが確認されている。正電荷の蓄積を防ぐためには塩化物イオンも必要である。これらの研究により、輸送速度と方向はナトリウム勾配に完全に依存することも明らかになった。^{[ 10 ]}

膜電位とナトリウム勾配が密接に結合しているため、活動によって誘発される膜極性の変化は輸送速度に劇的な影響を与える可能性があります。さらに、ニューロンが脱分極すると、輸送体はドーパミン放出に寄与する可能性があります。^{[ 10 ]}

DATの膜トポロジーの初期決定は、疎水性配列解析とGABAトランスポーターとの配列類似性に基づいて行われた。これらの方法により、12個の膜貫通ドメイン（TMD）と、3番目と4番目のTMDの間に大きな細胞外ループが存在することが予測された。^{[ 12 ]}このタンパク質のさらなる特性解析では、タンパク質をより小さな断片に分解するプロテアーゼと、細胞外ループでのみ起こるグリコシル化が用いられ、膜トポロジーの初期予測がほぼ検証された。^{[ 13 ]}ショウジョウバエのドーパミントランスポーター（dDAT）の正確な構造は、 2013年にX線結晶構造解析によって解明された。^{[ 14 ]}

DATの局所分布は、黒質線条体、中脳辺縁系、中脳皮質経路など、確立されたドーパミン作動性回路を持つ脳領域で発見されている。 ^{[ 23 ]}これらの経路を構成する核は、それぞれ異なる発現パターンを示す。成体マウスの遺伝子発現パターンは、黒質緻密部で高い発現を示す。^{[ 24 ]}

放射性抗体で標識した中脳皮質経路のDATは、黒質緻密部および腹側被蓋野のニューロンの樹状突起と細胞体に豊富に存在することがわかった。このパターンは、シナプスにおけるドーパミン濃度を調節するタンパク質としては理にかなっている。

中脳辺縁系経路の線条体と側坐核の染色は濃密で不均一であった。線条体では、DATは軸索終末の細胞膜に局在している。二重免疫細胞化学により、DATは黒質線条体終末の他の2つのマーカーであるチロシンヒドロキシラーゼとD2ドーパミン受容体と共局在することが示された。したがって、後者はドーパミンを放出する細胞上の自己受容体であることが示された。TAAR1はシナプス前細胞内受容体であり、DATとも共局在し、活性化されるとD2自己受容体とは逆の効果を持つ。^{[ 15 ] [ 25 ]}すなわち、ドーパミントランスポーターを内在化し、 PKAおよびPKCシグナル伝達を介した逆トランスポーター機能によって流出を誘導する。

驚くべきことに、DATはシナプス活性部位内では検出されなかった。これらの結果は、ドーパミンがシナプス間隙から拡散した後、線条体におけるドーパミンの再取り込みはシナプス特殊部位の外で起こる可能性があることを示唆している。

黒質では、DATは軸索および樹状突起（すなわち、シナプス前およびシナプス後）の形質膜に局在している。^{[ 26 ]}

緻密部ニューロンの細胞体内では、DATは主に粗面小胞体、滑面小胞体、ゴルジ体、多胞体に局在しており、合成、修飾、輸送、分解の可能性のある部位が特定された。^{[ 27 ]}

DAT1として知られるDAT遺伝子は、染色体5p15に位置しています。^{[ 6 ]}この 遺伝子のタンパク質コード領域は64kb以上の長さで、15個のコードセグメントまたはエクソンから構成されています。^{[ 28 ]} この遺伝子は、3'末端に可変数タンデムリピート（VNTR）（ rs28363170 ）を持ち、イントロン8領域にも別のVNTRを持っています。^{[ 29 ]} VNTRの違いはトランスポーターの基礎発現レベルに影響を与えることが示されており、その結果、研究者たちはドーパミン関連疾患との関連性を探ってきました。^{[ 30 ]}

多くのドーパミン関連遺伝子を制御する核内受容体であるNurr1は、この遺伝子のプロモーター領域に結合して発現を誘導することができる。 ^{[ 31 ]}このプロモーターは転写因子Sp-1の標的でもある可能性がある。

転写因子はどの細胞が DAT を発現するかを制御しますが、このタンパク質の機能的制御は主にキナーゼによって行われます。MAPK [ ^{32 ]} CAMKII [ ^{21 ] [ 22 ]} PKA ^{[ 15 ]}およびPKC ^{[ 22 ] [ 33 ]は、}トランスポーターがドーパミンを移動させる速度を調節したり、DAT の内在化を引き起こしたりすることができます。共局在するTAAR1は、活性化されるとプロテインキナーゼ A (PKA) およびプロテインキナーゼ C (PKC) シグナル伝達を介して DAT をリン酸化する、ドーパミントランスポーターの重要な調節因子です。^{[ 15 ] [ 34 ]}いずれかのプロテインキナーゼによるリン酸化は、DAT の内在化(非競合的再取り込み阻害)をもたらす可能性がありますが、PKC を介したリン酸化のみは逆トランスポーター機能 (ドーパミン流出) を誘導します。^{[ 15 ] [ 35 ]}ドーパミン自己受容体は、 TAAR1活性化の効果に直接拮抗することによってDATも調節する。^{[ 15 ]}

ヒトドーパミントランスポーター（hDAT）は、高親和性の細胞外亜鉛結合部位を有しており、亜鉛が結合すると、ドーパミンの再取り込みを阻害し、試験管内でアンフェタミン誘発性ドーパミン流出を 増幅する。^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}対照的に、ヒトセロトニントランスポーター（hSERT）およびヒトノルエピネフリントランスポーター（hNET）は亜鉛結合部位を有していない。^{[ 38 ]}亜鉛補給は、注意欠陥多動性障害の治療にアンフェタミンを使用する場合、アンフェタミンの最小有効量を減らす可能性がある。^{[ 39 ]}

DATがシナプスからドーパミンを除去する速度は、細胞内のドーパミンの量に大きな影響を与える可能性があります。これは、ドーパミントランスポーターを持たないマウスの重度の認知障害、運動異常、および多動性によって最もよく証明されています。^{[ 40 ]}これらの特徴は、 ADHDの症状と驚くほど類似しています。

機能的VNTRの違いは、双極性障害^{[ 41 ]}およびADHD[42][43]の危険因子として特定されている。^{また、アルコール依存症から}の離脱症状の強さとの関連性も示唆するデータが出てきているが、これは議論の余地がある点である^{[ 44 ] [ 45 ]} 。正常なタンパク質レベルを持つDAT遺伝子の対立遺伝子は、非喫煙行動および禁煙の容易さと関連している^{[ 46 ]} 。さらに、10対立遺伝子VNTRリピートを持つ高リスク家族（無関心な母親と母性愛の欠如が特徴）の男子青年は、反社会的仲間との統計的に有意な親和性を示す[ ^{47 ] [ 48 ] 。}

DATの活性増加は、臨床的うつ病を含むいくつかの異なる疾患と関連している。^{[ 49 ]}

DATの変異は、進行性のジストニアとパーキンソン病を特徴とする常染色体劣性運動障害であるドーパミントランスポーター欠損症候群を引き起こすことが示されている。^{[ 50 ]}

ドーパミントランスポーターは、基質、ドーパミン放出剤、輸送阻害剤、およびアロステリック調節剤の標的である。^{[ 51 ] [ 52 ]}

コカインはトランスポーターに直接結合して輸送速度を低下させることでDATを阻害する。^{[ 12 ]}対照的に、アンフェタミンは神経細胞膜を介して直接、またはDATを介してシナプス前ニューロンに入り、ドーパミンと再取り込みを競合する。内部に入ると、TAAR1に結合するか、VMAT2を介してシナプス小胞に入る。アンフェタミンがTAAR1に結合すると、シナプス後ニューロンの発火率が低下し、プロテインキナーゼAとプロテインキナーゼCのシグナル伝達が引き起こされ、DATのリン酸化が起こる。リン酸化されたDATは、逆方向に作用するか、シナプス前ニューロンに引き込まれて輸送を停止する。アンフェタミンがVMAT2を介してシナプス小胞に入ると、ドーパミンが細胞質に放出される。^{[ 15 ] [ 16 ]}アンフェタミンは、TAAR1非依存性の第二のメカニズムを介してドーパミンの流出も引き起こす。このメカニズムは、CAMKIIαを介したトランスポーターのリン酸化を伴い、これはアンフェタミンによるDAT結合L型カルシウムチャネルの活性化に起因すると考えられる。^{[ 11 ]}

これらの物質によって引き起こされる快感は、それぞれの薬物のドーパミン作動性メカニズムによるものと考えられている。^{[ 7 ]}

ドーパミントランスポーターは以下と相互作用することが示されている：

これらの生来のタンパク質間相互作用とは別に、最近の研究では、HIV-1 Tatタンパク質などのウイルス性タンパク質がDATと相互作用することが示されており^{[ 58 ] [ 59 ]} 、この結合はHIV陽性者のドーパミン恒常性を変化させる可能性があり、これはHIV関連神経認知障害の一因となっている^{[ 60 ]}。