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ラミニンは、すべての動物の細胞外マトリックスを構成する糖タンパク質のファミリーです。基底膜、すなわち基底膜（ほとんどの細胞や臓器のタンパク質ネットワークの基盤）の主要構成成分です。ラミニンは生物学的活動に不可欠であり、細胞分化、移動、接着に影響を与えます。[ 1 ] [ 2 ]
ラミニンは、高分子量（約400～約900 kDa ）のヘテロ三量体タンパク質複合体であり、ヒトではそれぞれ5、4、3つのパラログ遺伝子によってコードされる3つの異なる鎖（α、β、γ）を有しています。ラミニン分子は、その鎖の構成に基づいて命名されており、例えばラミニン-511はα5、β1、γ1鎖を含みます。[ 3 ]生体内では、他に14種類の鎖の組み合わせが同定されています。三量体タンパク質は交差して十字形構造を形成し、細胞外マトリックスや細胞膜の他の分子と結合することができます。[ 4 ] 3つの短いアームは他のラミニン分子と結合する親和性があり、シート形成を促進します。長いアームは細胞と結合することができ、組織化された組織細胞を基底膜に固定するのに役立ちます。
ラミニンは、生物のほぼすべての組織の構造的足場に不可欠なものであり、分泌されて細胞関連細胞外マトリックスに組み込まれます。これらの糖タンパク質は組織の維持と活力に不可欠であり、ラミニンの欠陥は筋肉の形成異常を引き起こし、筋ジストロフィー、致死的な皮膚水疱症（接合部型表皮水疱症）、および/または腎臓濾過機能の欠陥（ネフローゼ症候群）につながる可能性があります。[ 5 ]
ヒトでは、15種類のラミニン三量体が同定されている。ラミニンは、異なるα鎖、β鎖、γ鎖の組み合わせである。[ 6 ]
ラミニンは以前は発見された順に番号が付けられていました（ラミニン-1、ラミニン-2、ラミニン-3など）が、命名法は各アイソフォームに存在する鎖を記述するように変更されました（ラミニン-111、ラミニン-211など）。[ 3 ]さらに、ラミニンの命名法が確立される前には、多くのラミニンに一般的な名前がありました。[ 7 ] [ 8 ]
ラミニンは独立したネットワークを形成し、エンタクチン[ 9 ] 、フィブロネクチン[ 10 ]、およびペルレカンを介してIV型コラーゲンネットワークと結合します。これらのタンパク質は、インテグリンや、ジストログリカン糖タンパク質複合体やルーテル血液型糖タンパク質などの他の形質膜分子を介して細胞膜にも結合します[ 4 ] 。これらの相互作用を通じて、ラミニンは細胞の接着と分化、細胞の形状と運動、組織の表現型の維持、および組織の生存の促進に重要な役割を果たします[ 4 ] [ 6 ] 。ラミニンのこれらの生物学的機能の一部は、ラミニンの特定のアミノ酸配列または断片と関連付けられています[ 4 ] 。たとえば、ラミニンのα鎖に位置するペプチド配列[GTFALRGDNGDNGQ]は、内皮細胞の接着を促進します[ 11 ] 。
ラミニンα4は、末梢神経、後根神経節、骨格筋、毛細血管など、さまざまな組織に分布しており、神経筋接合部ではシナプス特殊化に必要である。[ 12 ]ラミニンGドメインの構造は、ペントラキシンに似ていると予測されている。[ 13 ]
ラミニン-111は、生体内および試験管内において、神経軸索が伸長する際の主要な基質です。例えば、網膜から視蓋へと発達中の網膜神経節細胞が進む経路を形成します。また、細胞培養実験の基質としてもよく用いられます。ラミニン-111の存在は、成長円錐が他の刺激にどのように反応するかに影響を与える可能性があります。例えば、成長円錐はラミニン-111上で培養するとネトリンに反発しますが、フィブロネクチン上で培養するとネトリンに引き寄せられます。このラミニン-111の効果は、細胞内cAMP濃度の低下を介して生じると考えられます。
ラミニンは末梢神経損傷後の損傷部位に豊富に存在し、シュワン細胞によって分泌される。末梢神経系のニューロンはインテグリン受容体を発現しており、これがラミニンに結合して損傷後の神経再生を促進する。[ 14 ]
特定のラミニンであるラミニン-211の機能不全構造が、先天性筋ジストロフィーの一形態の原因となっている。[ 15 ]ラミニン-211はα2、β1、γ1鎖から構成されている。このラミニンは脳と筋線維に分布している。筋肉では、Gドメインを介してα-ジストログリカンとインテグリンα7 - β1に結合し、もう一方の端を介して細胞外マトリックスに結合する。
上皮細胞が基底膜に接着するために不可欠なラミニン-332の異常は、全身性の水疱、皮膚および粘膜の過剰な肉芽組織、および歯の陥凹を特徴とする接合部型表皮水疱症を引き起こす。
腎臓の濾過器官におけるラミニン-521の機能不全は、尿中へのタンパク質の漏出とネフローゼ症候群を引き起こす。[ 5 ]
ラミニンアイソフォームの一部は、癌の病態生理に関与している。内部リボソーム進入部位（IRES）を持つ転写産物の大部分は、対応するタンパク質を介して癌の発生に関与している。上皮間葉転換（EMT）と呼ばれる腫瘍進行における重要なイベントにより、癌細胞は浸潤性を獲得する。EMT中の細胞外マトリックス成分ラミニンB1（LAMB1）の翻訳活性化が最近報告されており、IRESを介したメカニズムが示唆されている。LamB1のIRES活性は、独立した二シストロンレポーターアッセイによって決定された。隠れたプロモーターまたはスプライス部位がLamB1のIRES駆動翻訳に影響を与えないという強力な証拠がある。さらに、その翻訳制御に関与する代替転写開始部位またはポリアデニル化シグナルから生じる他のLamB1 mRNA種は検出されなかった。 LamB1 5'非翻訳領域（UTR）のマッピングにより、開始コドンの上流-293～-1の間に最小のLamB1 IRESモチーフが存在することが明らかになった。RNAアフィニティー精製により、Laタンパク質がLamB1 IRESと相互作用することが示された。この相互作用とEMT中のその調節は、リボ核タンパク質免疫沈降法によって確認された。LaはLamB1 IRESの翻訳を正に調節することができ、Laとの結合によってLamB1 IRESが活性化され、肝細胞EMT中の翻訳のアップレギュレーションにつながる。[ 16 ]
コラーゲンやフィブロネクチンなどのECMの他の主要成分とともに、ラミニンは哺乳類細胞培養、特に多能性幹細胞の場合、および他の基質では増殖が難しい一部の初代細胞培養の促進に使用されてきました。天然由来のラミニンには、マウス肉腫から抽出されたラミニン-111と、供給元によって主にラミニン-211、411、または511に相当するヒト胎盤由来のラミニン混合物の2種類が市販されています。[ 17 ]さまざまなラミニンパラログは、広範な架橋と、分解を引き起こすタンパク質分解酵素や低pHなどの厳しい抽出条件が必要なため、組織から純粋な形で分離することは事実上不可能です。そのため、2000 年以降、組換えラミニンが生産されるようになった。 [ 18 ]これにより、ラミニンが人体内で果たす役割と同様に、試験管内でも重要な役割を果たすことができるかどうかをテストすることが可能になった。2008 年、2 つのグループが独立して、マウス胚性幹細胞が組換えラミニン-511 上で数ヶ月間培養できることを示した。 [ 19 ] [ 20 ]その後、Rodinらは、組換えラミニン-511 を使用して、ヒト多能性 ES 細胞およびヒト iPS 細胞を培養するための異種成分を含まない定義済み細胞培養環境を作成できることを示した。[ 21 ]
ラミニンは、いくつかの保存されたタンパク質ドメインを含んでいる。
ラミニンは三量体分子であり、ラミニン-1はα1β1γ1三量体である。ラミニンA、B1、B2のドメインIとIIが集まって三重らせんコイルドコイル構造を形成する可能性があると示唆されている。[ 22 ]
ラミニンBドメイン（ドメインIVとも呼ばれる）は、機能が不明な細胞外モジュールである。基底膜由来のヘパラン硫酸プロテオグリカン、線虫Caenorhabditis elegans由来のラミニン様タンパク質、ラミニンなど、多くの異なるタンパク質に見られる。ラミニンIVドメインは、短いラミニン鎖（α4またはβ3）には見られない。
異なるタイプの球状ドメインに加えて、各ラミニンサブユニットは、前半に、 8 つの保存されたシステインを含む、長さ約 60アミノ酸の連続した繰り返し配列を含んでいます。[ 23 ]このドメインの三次構造は、N 末端でEGF 様モジュールのものとわずかに類似しています。[ 24 ] [ 25 ]これは「LE」または「ラミニン型 EGF 様」ドメインとしても知られています。ラミニンのさまざまな形態におけるラミニン EGF 様ドメインのコピー数は非常に多様で、3 コピーから 22 コピーまで見つかっています。マウスラミニン γ-1 鎖では、7 番目の LE ドメインがニドゲンに高い親和性で結合する唯一のドメインであることが示されています。[ 26 ]結合部位は、ループC1-C3 および C5-C6内の表面に位置しています。 [ 24 ] [ 25 ]ラミニン中のラミニンEGF様ドメインの長い連続配列は、柔軟性が限られた棒状要素を形成し、基底膜のラミニンネットワークの形成における間隔を決定します。[ 27 ] [ 28 ]
ラミニン球状（G）ドメインは、LNS（ラミニンα、ニューレキシン、性ホルモン結合グロブリン）ドメインとも呼ばれ、平均177アミノ酸長で、さまざまなラミニンファミリーメンバーに1～6コピー存在するほか、他の多くの細胞外タンパク質にも存在します。[ 29 ]例えば、すべてのラミニンα鎖は5つのラミニンGドメインを持ち、すべてのコラーゲンファミリータンパク質は1つのラミニンGドメインを持ち、CNTNAPタンパク質は4つのラミニンGドメインを持ち、ニューレキシン1と2はそれぞれ6つのラミニンGドメインを持っています。平均して、ラミニンGドメインを持つタンパク質の約4分の1は、これらのラミニンGドメイン自体によって占められています。最小のラミニンGドメインはコラーゲンタンパク質の1つ（COL24A1、77アミノ酸）に見られ、最大のドメインはTSPEAR（219アミノ酸）にあります。
ラミニンGドメインの正確な機能は依然として不明であり、さまざまなラミニンGモジュールにさまざまな結合機能が割り当てられています。たとえば、ラミニンα1鎖とα2鎖はそれぞれ5つのC末端ラミニンGドメインを持ち、ドメインLG4とLG5のみがヘパリン、スルファチド、および細胞表面受容体ジストログリカンの結合部位を含んでいます。[ 30 ]ラミニンG含有タンパク質は、細胞接着、シグナル伝達、移動、集合、および分化において幅広い役割を担っているようです。
基底膜の構築は、ラミニンがN末端ドメイン（LNまたはドメインVI）を介して重合し、 Gドメインを介して細胞表面に固定される協調的なプロセスです。ネトリンも、異種LNドメイン相互作用を介してこのネットワークと結合する可能性があります。[ 28 ]これにより、接着したラミニンにリクルートされたインテグリンとジストログリカン（およびおそらく他の受容体）を介した細胞シグナル伝達が起こります。このLNドメイン依存性の自己集合は、 α2ラミニン鎖からLNモジュールが欠失した遺伝性筋ジストロフィーによって強調されるように、基底膜の完全性にとって重要であると考えられています。 [ 31 ]ラミニンのN末端ドメインは、ラミニンα3A、α4、γ2を除くすべてのラミニンおよびネトリンサブユニットに存在します。