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スペクトリンは、動物細胞を含む多くの真核細胞において細胞膜の細胞内側を覆う細胞骨格タンパク質であるが、植物細胞や酵母には存在しない。[ 1 ]スペクトリンは五角形または六角形の配列を形成し、足場を形成して細胞膜の完全性と細胞骨格構造の維持に重要な役割を果たしている。[ 2 ]六角形の配列は、スペクトリンサブユニットの四量体が四量体の両端で短いアクチンフィラメントと結合することによって形成される。これらの短いアクチンフィラメントは、六角形の網目構造の形成を可能にする接合複合体として機能する。このタンパク質は、弱い界面活性剤で処理されたヒト赤血球の主要なタンパク質成分として最初に単離されたことからスペクトリンと名付けられた。界面活性剤は細胞を溶解し、ヘモグロビンやその他の細胞質成分を洗い流した。光学顕微鏡で観察すると、スペクトリンを含む細胞膜下骨格が赤血球の輪郭を保っていたため、赤血球の基本的な形状が依然として確認できた。これは赤血球の「ゴースト」（スペクター）として知られるようになり、ゴーストの主要タンパク質はスペクトリンと名付けられた。
びまん性軸索損傷などの特定のタイプの脳損傷では、スペクトリンはタンパク質分解酵素カルパインによって不可逆的に切断され、細胞骨格が破壊されます。[ 3 ] スペクトリンの切断により膜にブレブが形成され、最終的には分解され、通常は細胞死に至ります。[ 4 ]スペクトリンサブユニットはカスパーゼファミリー酵素によっても切断される可能性があり、カルパインとカスパーゼは異なるスペクトリン分解産物を生成し、これらは適切な抗体を用いたウェスタンブロッティングによって検出できます。カルパインによる切断は壊死の活性化を示す可能性があり、カスパーゼによる切断はアポトーシスを示す可能性があります。[ 5 ]
他の細胞型に比べて赤血球は扱いやすいため、スペクトリン細胞骨格の研究における標準モデルとなっている。二量体スペクトリンは、αIモノマーとβIモノマーが側方結合して二量体を形成することで形成される。次に、二量体が頭部同士を合わせて結合し、四量体を形成する。これらの四量体が短いアクチンフィラメントと末端同士で結合することで、観察される六角形の複合体が形成される。
ヒトでは、細胞膜の細胞内側との結合は、タンパク質4.1およびアンキリンとの直接的な相互作用を介した間接的な相互作用によって、膜貫通イオン輸送体バンド3と行われる。タンパク質4.2は、スペクトリン尾部領域を膜貫通タンパク質グリコフォリンAに結合させる。 [ 6 ]動物では、スペクトリンは赤血球に形状を与える網目構造を形成する。
赤血球モデルは、スペクトリン細胞骨格の重要性を示しており、スペクトリンの変異は、遺伝性楕円赤血球症やまれに遺伝性球状赤血球症を含む、赤血球の遺伝性欠陥を一般的に引き起こします。[ 7 ]
無脊椎動物にはα、β、β H の3 つのスペクトリンが存在する。Caenorhabditis elegansのβ Hスペクトリンの変異は形態形成の欠陥を引き起こし、その結果、著しく短いがそれ以外はほぼ正常な動物となり、移動や繁殖を行う。これらの動物は、その小さな表現型から「sma」と呼ばれ、C. elegans sma-1 遺伝子の変異を持っている。[ 8 ] C. elegansの β スペクトリンの変異は、線虫が麻痺し、野生型よりはるかに短い協調運動障害の表現型をもたらす。[ 9 ]形態学的影響に加えて、Unc-70 変異は欠陥のあるニューロンも生成する。ニューロンの数は正常だが、ニューロンの伸長に欠陥がある。
同様に、スペクトリンはショウジョウバエの神経細胞でも役割を果たしている。ショウジョウバエでαまたはβスペクトリンをノックアウトすると、神経筋接合部で神経伝達が低下した神経細胞が形態的に正常になる。[ 10 ] 動物では、スペクトリンは赤血球に形を与える網目構造を形成する。
スペクトリン遺伝子ファミリーは進化の過程で拡大してきた。無脊椎動物ではα遺伝子が1つとβ遺伝子が2つしかないのに対し、現在ではαスペクトリンが2つ（αIとαII）、βスペクトリンが5つ（βI～V）存在し、これらは発見順に命名されている。
ヒトの場合、遺伝子は以下のとおりです。
筋肉組織におけるスペクトリンの役割を示す証拠がいくつか存在する。心筋細胞では、スペクトリンの分布はZ線と筋原線維の形質膜と一致している。 [ 11 ]さらに、アンキリン（ankB）ノックアウトマウスでは、心筋のカルシウム恒常性が乱れている。影響を受けたマウスでは、Z帯とサルコメアの形態が乱れている。この実験モデルでは、培養心筋細胞においてリアノジン受容体とIP3受容体の分布が異常である。培養細胞のカルシウムシグナル伝達が乱れている。ヒトでは、AnkB遺伝子内の変異によりQT延長症候群と突然死が引き起こされ、興奮性組織におけるスペクトリン細胞骨格の役割を示す証拠が強化されている。