T細管

T細管系の形状は、さまざまなタンパク質によって形成および維持されます。タンパク質アンフィフィシン-2は、 BIN1遺伝子によってコードされており、T細管の構造を形成し、適切なタンパク質（特にL型カルシウムチャネル）がT細管膜内に存在することを保証する役割を担っています。^{[ 12 ]}ジャンクトフィリン-2は、 JPH2遺伝子によってコードされており、興奮収縮連関に不可欠なT細管膜と筋小胞体との間の接合部の形成を助けます。^{[ 9 ]}テレトニン として知られるチチンキャッピングタンパク質は、 TCAP遺伝子によってコードされており、T細管の発達を助け、筋肉の成長に伴って見られるT細管数の増加に関与している可能性があります。^{[ 9 ]}

T細管は、細胞の電気的興奮からその後の収縮に至る連鎖（興奮収縮連関）において重要なリンクです。筋肉の収縮が必要な場合、神経または隣接する筋細胞からの刺激により、活動電位として知られる荷電粒子が細胞膜を横切って特徴的に流れます。静止状態では、膜の内側には外側に比べて正に帯電した粒子が少なく、膜は分極していると言われます。活動電位の間、正に帯電した粒子（主にナトリウムイオンとカルシウムイオン）が膜を横切って外側から内側に流れます。これにより、荷電粒子の通常の不均衡が逆転し、脱分極と呼ばれます。膜のある領域が隣接する領域を脱分極させ、その結果生じる脱分極の波が細胞膜に沿って広がります。^{[ 13 ]} カリウムイオンが膜を横切って細胞の外側から内側に流れ戻ると、膜の分極が回復します。

心筋細胞では、活動電位がT細管を伝わる際に、T細管膜のL型カルシウムチャネルが活性化されます。L型カルシウムチャネルが活性化されると、カルシウムが細胞内に流入します。T細管には、筋形質膜の他の部分よりも高濃度のL型カルシウムチャネルが含まれているため、細胞内に入るカルシウムの大部分はT細管を介して流入します。^{[ 14 ]}このカルシウムは、細胞自身の内部カルシウム貯蔵庫である筋小胞体にあるリアノジン受容体と呼ばれる受容体に結合して活性化します。リアノジン受容体が活性化されると、筋小胞体からカルシウムが放出され、筋細胞が収縮します。^{[ 15 ]}しかし、骨格筋細胞では、L型カルシウムチャネルは筋小胞体上のリアノジン受容体に直接結合しており、カルシウムの流入を必要とせずにリアノジン受容体を直接活性化することができる。^{[ 16 ]}

T細管の重要性は、L型カルシウムチャネルが集中していることだけではなく、細胞内でのカルシウム放出を同期させる能力にもあります。T細管ネットワークに沿って活動電位が急速に伝播すると、すべてのL型カルシウムチャネルがほぼ同時に活性化されます。T細管は細胞全体のあらゆる領域で筋形質膜を筋小胞体に非常に近づけるため、細胞全体で同時に筋小胞体からカルシウムが放出されます。このカルシウム放出の同期により、筋細胞はより強力に収縮することができます。^{[ 17 ]}平滑筋細胞、疾患のある心筋細胞、または T細管が人工的に除去された筋細胞など、T細管を欠く細胞では、筋形質膜から流入したカルシウムは細胞全体に徐々に拡散する必要があり、カルシウムの波としてリアノジン受容体をはるかにゆっくりと活性化するため、収縮は弱くなります。^{[ 17 ]}

T細管は興奮収縮連関の主要な場所であるため、この過程に関与するイオンチャネルとタンパク質がここに集中しています。T細管膜には、筋形質膜の他の部分と比較して3倍ものL型カルシウムチャネルが存在します。さらに、βアドレナリン受容体もT細管膜に高濃度で存在し^{[ 18 ]}、その刺激によって筋小胞体からのカルシウム放出が増加します^{[ 19 ] 。} 

T細管の内腔は細胞を取り囲む空間（細胞外空間）と連続しているため、両者のイオン濃度は非常に似ています。しかし、T細管内のイオン（特に心筋のカルシウム）の重要性から、これらの濃度が比較的一定に保たれることが非常に重要です。T細管は非常に細いため、実質的にイオンを閉じ込めます。これは、細胞内の他の場所のイオン濃度に関係なく、T細管には筋肉の収縮を可能にするのに十分なカルシウムイオンが存在するため重要です。したがって、細胞外のカルシウム濃度が低下しても（低カルシウム血症）、T細管内のカルシウム濃度は比較的一定に保たれ、心筋収縮が継続されます。^{[ 9 ]}

T細管は細胞へのカルシウム流入の場であると同時に、カルシウム排出の場でもある。これは、細胞内のカルシウム濃度を狭い領域（T細管と筋小胞体の間、局所制御と呼ばれる）で厳密に制御できることを意味するため重要である。^{[ 20 ]}ナトリウム-カルシウム交換体や筋形質膜ATPaseなどのタンパク質は、主にT細管膜に存在する。^{[ 9 ]}ナトリウム-カルシウム交換体は、3つのナトリウムイオンと交換して、細胞から1つのカルシウムイオンを受動的に除去する。受動的なプロセスであるため、これらのイオンの相対濃度と細胞膜を挟んだ電圧（電気化学的勾配）の組み合わせに応じて、カルシウムが細胞に出入りすることができる。 ^{[ 13 ]}カルシウムATPaseは、アデノシン三リン酸（ATP） から得られるエネルギーを使用して、細胞からカルシウムを能動的に除去する。 ^{[ 13 ]}

T細管の機能を研究するために、脱管化と呼ばれる技術を用いて、T細管を表面膜から人工的に分離することができます。グリセロール^{[ 21 ]} やホルムアミド^{[ 17 ]} （それぞれ骨格筋と心筋用）などの化学物質を、細胞を取り囲む細胞外液に添加することができます。これらの薬剤は細胞外液の浸透圧を上昇させ、細胞を収縮させます。これらの薬剤を除去すると、細胞は急速に膨張して元の大きさに戻ります。この細胞の収縮と再膨張により、T細管が表面膜から分離します。^{[ 22 ]} あるいは、例えば低張食塩水を用いて細胞外液の浸透圧を低下させ、一時的な細胞膨張を引き起こすこともできます。細胞外液の浸透圧を正常に戻すと、細胞は元の大きさに戻り、再び脱管化が起こります。^{[ 23 ]}