| SLC12A5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 識別子 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| エイリアス | SLC12A5、KCC2、塩化カリウム共輸送体5、EIEE34、EIG14、hKCC2、溶質輸送体ファミリー12メンバー5、DEE34 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 外部ID | オミム: 606726; MGI : 1862037;ホモロジーン: 10665;ジーンカード:SLC12A5; OMA :SLC12A5 - オルソログ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ウィキデータ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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カリウム-塩化物輸送体メンバー5(別名:KCC2およびSLC12A5)は、細胞内の塩化物濃度を低く維持することで、ニューロン内の塩化物イオン勾配を確立する役割を果たす、ニューロン特異的な塩化物カリウム共輸送体です。 [5]これは、シナプス抑制、興奮毒性に対する細胞保護の重要なメディエーターであり、 [6] [7]神経可塑性の調節因子としても機能する可能性があります。[8] [9] [10] [11]カリウム-塩化物輸送体メンバー5は、そのイオン性基質からKCC2(塩化カリウム共輸送体2)、およびヒトのSLC12A5遺伝子に遺伝的に由来することからSLC12A5という名前でも知られています。[5]
このトランスポーターの発現が低下した動物は、重度の運動障害、てんかん様活動、痙縮を示す。[8] KCC2が完全に欠損したKCC2ノックアウト動物は、呼吸不全により出生後に死亡する。[8]
位置
KCC2は、海馬、視床下部、脳幹、腹側脊髄の運動ニューロンを含む中枢神経系全体に発現するニューロン特異的膜タンパク質である。 [10]
細胞内レベルでは、KCC2はニューロンの細胞体と樹状突起の膜に存在し、[ 8 ] [ 12 ]軸索での発現は確認されていない。[8] KCC2はGABA A受容体と共局在することも明らかにされており、GABA A受容体はリガンド依存性イオンチャネルとして機能し、細胞膜を介した塩化物イオンの移動を可能にする。通常の状態では、GABA A受容体が開くと塩化物イオンが過分極的に流入し、シナプス後ニューロンの発火が抑制される。[7]
直感に反して、KCC2は興奮性シナプスに共局在することも示されています。[6]このような共局在の1つの説明として、KCC2が興奮毒性に対して保護的な役割を果たす可能性があるという説が提唱されています。[6] [7]神経膜のイオンチャネルの興奮性シナプス刺激によるイオン流入により、イオンとともに水も引き込まれ、細胞の浸透圧膨張が起こります。KCC2は、浸透圧恒 常性を回復するために、細胞から余分なイオンを排除するのに役立つ可能性があります。
構造
KCC2は陽イオン-塩素共輸送体(CCC)スーパーファミリータンパク質の一員である。 [13]
すべての CCC タンパク質と同様に、KCC2 は 12 個の膜貫通ドメインと N 末端および C 末端の細胞質ドメインを持つ膜貫通タンパク質です。末端の細胞質ドメインは、ニューロン内の キナーゼによってリン酸化され、迅速な制御が可能になります。
2つのアイソフォーム: KCC2a、KCC2b
KCC2にはKCC2aとKCC2bの2つのアイソフォームがある。[8] [14] 2つのアイソフォームはSLC12A5遺伝子の代替プロモーターと最初のmRNAエクソンの差動スプライシングから生じる。 [8] [14]アイソフォームはN末端が異なり、KCC2aフォームは2つのスプライスバリアントのうち大きい方を構成する。[15]
KCC2aレベルは出生前および出生後の発達を通じて比較的一定に保たれる。[15]
一方、KCC2bは出生前の発達中にはほとんど存在せず、出生後の発達中に強く発現が増加する。KCC2b発現の発現増加は、哺乳類で観察される「発達的シフト」の原因であり、初期の神経ネットワークにおける抑制性シナプスの脱分極シナプス後効果から成熟した神経ネットワークにおける過分極効果へと変化すると考えられている。[8]
KCC2bノックアウトマウスは、機能的なKCC2aのみが存在するため、生後17日目(P17)まで生存できますが、体重が少なく、運動障害や全身性発作を起こします。[8] KCC2の完全ノックアウト(KCC2aとKCC2bの両方が欠損)は、呼吸不全のため出生後に死亡します。[8]
オリゴマー化
どちらのKCC2アイソフォームも、細胞膜上の他のK-Cl共輸送体とホモ多量体またはヘテロ多量体を形成し、ニューロン内の塩化物恒常性を維持します。 [5] KCC2を含む二量体、三量体、四量体が脳幹ニューロンで同定されています。[16]オリゴマー化はトランスポーターの機能と活性化に重要な役割を果たしている可能性があり、ニューロン内の塩化物イオン勾配の発達と相関してオリゴマーとモノマーの比率が増加することが観察されています。[16]
表現の発達的変化
KCC2 レベルは、哺乳類の胚発生中は低く、神経ネットワークがまだ確立されておらず、ニューロンが非常に可塑性(変化しやすい)である。この段階では、KCC2 の発現が低く、塩化物イオンを細胞内に移動するNKCC1(Na + /K +塩化物共輸送体 1)と呼ばれる輸送体のレベルが高いため、細胞内の塩化物イオン濃度が高くなります。 [17]したがって、胚発生中の塩化物勾配は、抑制性シナプスの GABA A受容体とグリシン受容体の刺激によって塩化物イオンが細胞から流出し、内部のニューロン環境が安静時よりも陰性度が低く(つまり、脱分極度が高く)なるようなものです。この段階では、GABA A受容体とグリシン受容体はシナプス後ニューロンに対して抑制性エフェクターではなく興奮性エフェクターとして作用し、その結果、神経ネットワークの脱分極と過興奮性が生じます。[8] [10] [11]
出生後の発達中、KCC2 レベルは強く上昇し、NKCC1 レベルは下降します。[17]この発現の変化は、ニューロン内の塩化物イオン濃度の高細胞内濃度から低細胞内濃度への発達的シフトと相関しています。実際には、塩化物イオン濃度が低下すると、細胞膜を横切る塩化物勾配が逆転し、GABA A受容体とグリシン受容体の刺激によって塩化物イオンの流入が起こり、ニューロン内部の環境が安静時よりも負(つまり過分極)になります。これは、抑制性シナプスが、神経発達初期の興奮性シナプス後応答から、成熟を通じて観察される抑制性シナプス後応答へと発達的にシフトする現象です。
関数
現在の文献では、KCC2 がニューロン内で 3 つの主要な役割を果たしていることが示唆されています。
- シナプス後抑制に必要な塩化物イオン勾配を確立する
- 刺激誘発性興奮毒性から神経ネットワークを保護する
- 樹状突起棘の形態形成とグルタミン酸シナプス機能に寄与する
シナプス後抑制
KCC2は、ニューロン内の塩化物恒常性を維持するカリウム(K +)/塩化物(Cl − )共輸送体です。KCC2の活動によって確立される電気化学的塩化物勾配は、中枢神経系のGABA A受容体とグリシン受容体を介した古典的なシナプス後抑制に不可欠です。KCC2は、 Na + /K +ポンプによって生成されるカリウム勾配を利用して、ニューロンからの塩化物排出を促進します。[8]実際、ニューロンのK +勾配のいかなる破壊も、間接的にKCC2の活動に影響を与えます。
神経損傷(虚血、脊髄損傷、中枢神経系への物理的外傷など)に伴うKCC2の喪失は、抑制調節の喪失につながり、続いて神経の過興奮性、運動痙縮、発作様活動が生じます[10] 。これは、GABAA受容体とグリシン受容体が過分極シナプス後効果から脱分極シナプス後効果に戻るためです。
細胞保護
高レベルの刺激とそれに続く活性化イオンチャネルを介したイオン流入は、浸透圧によって決まる水がイオン溶質とともにニューロンに引き込まれるため、細胞膨張を引き起こす可能性がある。この現象は興奮毒性として知られている。[6] KCC2は細胞膨張によって活性化されることが示されており、そのため、高刺激期間後に過剰なイオンを排除して定常状態のニューロン容積を維持し、細胞の破裂を防ぐ役割を果たしている可能性がある。[6]
この役割は、KCC2の主な役割がシナプス後抑制のための塩化物勾配を確立することであるにもかかわらず、KCC2が興奮性シナプスの近くに共局在することが知られているという事実を説明するかもしれない。[6] [7]
グルタミン酸シナプスの形態形成と機能
KCC2 は、塩化物恒常性を通じて GABA 作動性シナプスの効能を制御するだけでなく、中枢神経系内のグルタミン酸作動性シナプスの形態形成と機能にも重要な役割を果たしています。KCC2ノックアウト動物の海馬組織の研究では、KCC2 を欠くニューロンは樹状突起の成長が阻害され、樹状突起棘が奇形であることが示されました。[8]最近の研究では、KCC2 が皮質ニューロンの興奮性シナプスのほとんどをホストする樹状突起棘の構造と機能に重要な役割を果たしていることが実証されています[9]。アクチン細胞骨格との相互作用を通じて、KCC2 は樹状突起棘内の膜貫通タンパク質の拡散に対する分子バリアを形成し、AMPA 受容体の局所的閉じ込めとシナプス効力を調節します。[9]
神経外傷後に観察される KCC2 のダウンレギュレーションと、その結果生じる GABA A媒介シナプスの脱分極シフトは、神経の脱分化の一側面である可能性が提案されている。神経系の損傷部分の脱分化により、神経ネットワークはより高いレベルの可塑性に戻り、生き残ったニューロンを再配線してネットワークの損傷を補うことができる。[8] [10] [11]さらに、KCC2 ダウンレギュレーションによるグルタミン酸伝達の減少は、塩化物排出の変化による GABA 伝達の減少を補う恒常性プロセスとして機能する可能性がある。[9]
腫瘍形成
規制
転写制御: TrkB受容体シグナル伝達
KCC2は中枢神経系の損傷後にTrkB受容体シグナル伝達カスケード(BDNFおよびNT-4/5によって活性化)によって転写がダウンレギュレーションされる。[19] [20] [21]
翻訳後制御:リン酸化
従来、リン酸化は KCC2 を不活性化またはダウンレギュレーションすると考えられてきましたが、KCC2 タンパク質上の異なる部位でのリン酸化によって異なる調節結果が決定されることを示唆する最近の証拠があります。
- Wnk1 / Wnk3とチロシンキナーゼ(TrkB)のリン酸化はKCC2の活性をダウンレギュレーションする。[19] [20] [21] [22]
- KCC2タンパク質のC末端Ser940残基のPKCリン酸化は、表面安定性を高めることでKCC2の活性をアップレギュレーションする。 [8]逆に、Ser940の脱リン酸化はKCC2の膜拡散とエンドサイトーシスの増強につながる。[23]
KCC2はプラズマ膜でのターンオーバー速度が非常に速く(数分)、[8]リン酸化が急速な調節の主なメカニズムとして機能していることを示唆している。
活動依存的なダウンレギュレーション
KCC2は、 NMDA受容体の活性とCa 2+流入に対する興奮性グルタミン酸活性によってダウンレギュレーションされる。[11] [22]このプロセスには、Ser940の急速な脱リン酸化とKCC2のカルパインプロテアーゼ切断が関与しており、膜拡散とトランスポーターのエンドサイトーシスが促進されることが[23]、単一粒子追跡を用いた実験で実証されている。
グルタミン酸の放出は興奮性シナプスで起こるだけでなく、神経細胞の損傷や虚血性障害後にも起こることが知られています。[11]したがって、活動依存性のダウンレギュレーションは、中枢神経系の損傷後にKCC2のダウンレギュレーションが起こる根本的なメカニズムである可能性があります。
参照
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外部リンク
- 脳損傷が発作や記憶障害を引き起こす仕組み 2008-12-06 にWayback Machineでアーカイブ- 医療ニュース、2006 年 10 月 20 日。
