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神経ペプチドは、ニューロンによって合成され放出されるアミノ酸の小さな鎖で構成された化学伝達物質です。神経ペプチドは通常、G タンパク質共役受容体(GPCR) に結合して、神経活動や、腸、筋肉、心臓などの他の組織を調節します。
神経ペプチドは、大きな前駆体タンパク質から合成され、切断され、翻訳後処理されて、大きな高密度コア小胞にパッケージ化されます。神経ペプチドは、多くの場合、単一のニューロン内で他の神経ペプチドや神経伝達物質と共に放出され、さまざまな効果を生み出します。放出されると、神経ペプチドは広く拡散し、幅広いターゲットに影響を及ぼす可能性があります。
神経ペプチドは極めて古く、多様性に富んだ化学伝達物質です。ニューロンを持たない極めて原始的な動物であるトリコプラックスなどの平底動物は、高等動物の神経ペプチドと同様に、細胞間コミュニケーションにペプチドを使用します。
例
ペプチド信号は、従来の神経伝達物質とは異なる情報処理の役割を果たしており、多くのペプチド信号は特定の行動に特に関連しているようです。たとえば、オキシトシンとバソプレシンは、母性行動やつがいの絆などの社会的行動に顕著かつ特定の効果をもたらします。CCAPには心拍数の調節、アラトスタチンとプロクトリンには食物摂取と成長の調節、バーシコンにはキューティクルの日焼けの制御、コラゾニンにはキューティクルの色素沈着と脱皮の役割など、いくつかの機能があります。
合成
神経ペプチドは、プレプロペプチドと呼ばれる不活性な前駆体タンパク質から合成されます。[1]プレプロペプチドには、異なるペプチドのファミリーの配列が含まれており、生物によっては、同じペプチドの重複コピーが含まれることがよくあります。[2]前駆体ペプチド配列に加えて、プレプロペプチドには、シグナルペプチド、スペーサーペプチド、および切断部位も含まれています。 [3]シグナルペプチド配列は、小胞体から始まる分泌経路にタンパク質を導きます。シグナルペプチド配列は小胞体で除去され、プロペプチドが生成されます。プロペプチドはゴルジ体に移動し、そこでタンパク質分解によって切断され、複数のペプチドに処理されます。ペプチドは高密度コア小胞にパッケージ化され、そこでC末端アミド化などのさらなる切断と処理が発生する可能性があります。高密度コア小胞はニューロン全体に輸送され、シナプス間隙、細胞体、軸索に沿ってペプチドを放出することができる。[1] [4] [5] [6]
機構
神経ペプチドは、細胞の脱分極後に高密度コア小胞から放出されます。古典的な神経伝達物質シグナル伝達と比較して、神経ペプチドシグナル伝達はより敏感です。神経ペプチド受容体親和性はナノモルからマイクロモルの範囲であるのに対し、神経伝達物質親和性はマイクロモルからミリモルの範囲です。さらに、高密度コア小胞には、神経伝達物質を含むシナプス小胞（アセチルコリンの場合は100mMなど）と比較して、少量の神経ペプチド（3〜10mM）が含まれています。[7]神経ペプチドは高頻度の発火またはバースト後に放出されることが証拠から示されており、高密度コア小胞とシナプス小胞の放出を区別しています。[4]神経ペプチドは体積伝達を利用し、すぐには再取り込まれないため、広い領域（nmからmm）にわたって拡散してターゲットに到達できます。ほぼすべての神経ペプチドはGタンパク質共役受容体（GPCR）に結合し、セカンドメッセンジャーカスケードを誘導して、長い時間スケールで神経活動を調節します。[1] [4] [5]
神経系における神経ペプチドの発現は多様です。神経ペプチドは他の神経ペプチドや神経伝達物質と共放出されることが多く、放出の組み合わせによって多様な効果をもたらします。[5] [8]たとえば、血管作動性腸管ペプチドは通常、アセチルコリンと共放出されます。[9]神経ペプチドの放出は特異的である場合もあります。たとえば、ショウジョウバエの幼虫では、羽化ホルモンはわずか 2 つのニューロンで発現します。[6]
受容体ターゲット
ほとんどの神経ペプチドは、Gタンパク質共役受容体（GPCR）に作用します。神経ペプチドGPCRは、ロドプシン様とセクレチンクラスの2つのファミリーに分類されます。[10] ほとんどのペプチドは単一のGPCRを活性化しますが、いくつかのペプチドは複数のGPCRを活性化します（例：AstA、AstC、DTK）。[8]ペプチド-GPCR結合関係は、動物全体で高度に保存されています。保存された構造関係とは別に、いくつかのペプチド-GPCR機能も動物界全体で保存されています。たとえば、神経ペプチドF /神経ペプチドYシグナリングは、昆虫と哺乳類の間で構造的および機能的に保存されています。[8]
ペプチドは主に代謝調節型受容体を標的としますが、神経ペプチドが他の受容体標的に結合するという証拠もいくつかあります。ペプチド依存性イオンチャネル（FMRFアミド依存性ナトリウムチャネル）はカタツムリやヒドラで発見されています。[11] GPCR以外の標的の例としては、ショウジョウバエのインスリン様ペプチドやチロシンキナーゼ受容体、哺乳類や昆虫の膜結合型グアニリルシクラーゼ受容体を持つ心房性ナトリウム利尿ペプチドや羽化ホルモンなどがあります。[12]
アクション
神経ペプチドは調節性と拡散性を持つため、複数の時間的および空間的スケールで作用することができます。以下は神経ペプチドの作用の例です。
共同リリース
神経ペプチドは、シナプス活動を調節するために、他の神経伝達物質や神経ペプチドと共に放出されることが多い。シナプス小胞と高密度コア小胞は、放出に対して異なる活性化特性を持つことがあり、その結果、状況依存的な共放出の組み合わせが生じる。[13] [14] [15]例えば、昆虫の運動ニューロンはグルタミン酸作動性であり、その一部はプロクトリンを含む高密度コア小胞を含む。低周波活性化ではグルタミン酸のみが放出され、筋肉が急速に興奮する。しかし、高周波活性化では高密度コア小胞がプロクトリンを放出し、長時間の収縮を引き起こす。[16]このように、神経ペプチドの放出を微調整することで、特定の状況でのシナプス活動を調節することができる。
神経系の一部の領域は、独特なペプチドセットを放出するように特化しています。例えば、視床下部と下垂体はホルモンとして機能するペプチド（TRH、GnRH、CRH、SSTなど）を放出します[17] [18]視床下部弓状核の1つのサブポピュレーションでは、3つの食欲抑制ペプチドが共発現しています。α-メラノサイト刺激ホルモン（α-MSH）、ガラニン様ペプチド、コカインおよびアンフェタミン調節転写産物（CART）です。また、別のサブポピュレーションでは、2つの食欲促進ペプチド、神経ペプチドYとアグーチ関連ペプチド（AGRP）が共発現しています。 [19]これらのペプチドはすべて、空腹と満腹の合図を送るためにさまざまな組み合わせで放出されます。[20]
以下は、他の神経伝達物質と同時に放出される神経活性ペプチドのリストです。伝達物質名は太字で示されています。
ノルエピネフリン（ノルアドレナリン）。孤束核のA2細胞群のニューロンでは、ノルエピネフリンは以下のものと共存します。
エピネフリン（アドレナリン）
セロトニン（5-HT）
いくつかのニューロンは、複数の異なるペプチドを生成します。たとえば、 バソプレシンは、視索上核と室傍核の大細胞ニューロンではダイノルフィンやガラニンと共存し、室傍核の小細胞ニューロンではCRFと共存します。
視索上核のオキシトシンは、エンケファリン、ダイノルフィン、コカインおよびアンフェタミン調節転写産物（CART）、コレシストキニンと共存します。
神経ペプチドシグナル伝達の進化
ペプチドは、地球上のほぼ全ての動物に見られる古代のシグナル伝達システムです。[21] [22]ゲノム配列決定により、神経系または神経様組織を持つ最古の現生動物の一部である刺胞動物、有櫛動物、および板状動物に神経ペプチド遺伝子の証拠が明らかになりました。 [23] [24] [25] [2]最近の研究では、後生動物と襟鞭毛虫に神経ペプチド処理機構のゲノム証拠も示されており、神経ペプチドシグナル伝達が神経組織の発達に先行している可能性があることを示唆しています。[26]さらに、有櫛動物と板状動物の神経シグナル伝達は完全にペプチド作動性であり、アセチルコリン、ドーパミン、セロトニンなどの主要なアミン神経伝達物質を欠いています。 [27] [21]これはまた、神経ペプチドシグナル伝達がアミン神経伝達物質より前に発達したことを示唆しています。
研究の歴史
1900年代初頭、化学伝達物質は動物の脳や組織全体から粗く抽出され、その生理学的効果が研究された。1931年、フォン・オイラーとガドゥムは同様の方法を用いてアセチルコリンを単離しようとしたが、代わりに筋肉の収縮や血圧低下などの生理学的変化を引き起こすペプチド物質を発見した。これらの効果はアトロピンを使用しても解消されず、その物質がアセチルコリンではないことがわかった。[28] [9]
昆虫において、プロクトリンは単離され、配列が決定された最初の神経ペプチドでした。[29] [30] 1975年、アルビン・スターラットとブライアン・ブラウンはゴキブリの後腸筋からペプチドを抽出し、その適用により筋肉の収縮が強化されることを発見しました。スターラットとブラウンは当初プロクトリンを興奮性神経伝達物質と考えていましたが、後にプロクトリンは神経調節ペプチドであることが確認されました。[31]
1970年代にデビッド・デ・ヴィードが初めて「神経ペプチド」という用語を使用し、神経系由来のペプチドを表現しました。[3] [7]
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、神経ペプチドに関連するメディアがあります。
無料辞書『ウィクショナリー』で神経ペプチドを調べてください。
- ニューロペプチドジャーナル
- 神経ペプチド参照ウェブサイト（包括的な神経ペプチドデータベース）
- 神経ペプチド電子書籍シリーズ
- C. elegans Wormbook の神経ペプチドの章は、C. elegans の神経ペプチド生物学に関する優れた、非常にわかりやすい解説です。