T管

T管
骨格筋繊維。拡大画像では T 管がラベル付けされています。
骨格筋におけるT管構造と筋小胞体との関係
詳細
の一部	骨格筋と心筋細胞の細胞膜
識別子
ラテン	横行管
TH	H2.00.05.2.01018、H2.00.05.2.02013
解剖学用語 [Wikidataで編集]

T 管(横行尿細管) は、骨格筋細胞と心筋細胞の中心部まで貫通する細胞膜の延長です。イオン チャネル、トランスポーター、ポンプが集中している膜により、T 管は活動電位を細胞内に迅速に伝達し、細胞内カルシウム濃度の調節にも重要な役割を果たします。

これらのメカニズムを通じて、T管は細胞全体の筋小胞体からのカルシウム放出を同期させることで、心筋細胞がより強力に収縮することを可能にします。 ^[1] T管の構造と機能は、心筋細胞の収縮によって拍動ごとに影響を受けます。^[2]また、心不全や不整脈の一因となる可能性のある疾患によっても影響を受けます。これらの構造は1897年に初めて確認されましたが、T管の生物学に関する研究は継続されています。

T 管は、骨格筋細胞や心筋細胞の表面膜または筋形質膜と同じリン脂質二重層から形成される管です。 ^[1] T 管は、一端で筋形質膜に直接接続してから細胞内深くまで移動し、筋形質膜に対して垂直 (横断) および平行 (軸方向) の両方のセクションを含む管のネットワークを形成します。^[1]この複雑な配向のため、T 管を横断軸方向管状システムと呼ぶ人もいます。^[3] T 管の内部または管腔は細胞表面に開いており、T 管は細胞を取り囲む溶液 (細胞外液) と同じ成分を含む液体で満たされていることを意味します。T 管を形成する膜は、単なる受動的な接続チューブではなく、非常に活発で、L 型カルシウム チャネル、ナトリウム - カルシウム交換輸送体、カルシウム ATPase、ベータ アドレナリン受容体などのタンパク質が散りばめられています。^[1]

T 管は心房と心室の両方の心筋細胞 (心筋細胞) に見られ、生後数週間以内に発達します。^[4] T 管 はほとんどの種の心室筋細胞に見られ、大型哺乳類の心房筋細胞にも見られます。^[5] 心筋細胞では、さまざまな種にわたって、T 管の直径は 20 ～ 450 ナノメートルで、通常、アクチン筋フィラメントが細胞内に固定される Z ディスクと呼ばれる領域にあります。[ 1 ]^{心臓内の T 管は、終末槽と呼ばれる特定の領域にある}筋小胞体と呼ばれる細胞内カルシウム貯蔵庫と密接に関連しています。T 管と終末槽の関係は、二分管として知られています。^[6]

骨格筋細胞では、T管は心筋細胞の3～4倍細く、直径は20～40 nmです。^[1]通常、T管はミオシンストリップの両側、AバンドとIバンドの重なりの接合部（AI接合部）にあります。^{[7]骨格筋のT管は、}トライアドと呼ばれる2つの末端嚢に関連しています。^{[1] [8]}

T 管システムの形は、さまざまなタンパク質によって生成され、維持されます。タンパク質アンフィフィシン 2は遺伝子BIN1によってコードされ、T 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 管膜内に確実に配置されるようにします。^[9]ジャンクトフィリン 2 は遺伝子JPH2によってコードされ、興奮収縮連関に不可欠な T 管膜と筋小胞体との接合部の形成に役立ちます。^[6]テレソニン として知られるタイチン 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、T 管の発達を助け、筋肉の成長に伴って T 管の数が増える原因である可能性があります。^[6]

T管は、細胞の電気的興奮からそれに続く収縮（興奮収縮連関）までの連鎖における重要なリンクです。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の特徴的な流れが細胞膜を横切って発生します。安静時には、膜の内側の正に帯電した粒子は外側に比べて少なく、膜は分極していると言われています。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）は膜を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1つの領域が隣接する領域を脱分極し、結果として生じる脱分極の波が細胞膜に沿って広がります。^[10] カリウムイオンが膜を細胞の内側から外側に逆流すると、膜の分極が回復します。

心筋細胞では、活動電位がT管を通過すると、T管膜内の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通過できるようになります。T管には筋形質膜の残り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管経由で発生します。^[11]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。^{[12]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ます。^[13]

T管の重要性は、L型カルシウムチャネルが集中しているからだけではなく、細胞内のカルシウム放出を同期させる能力にもかかっています。T管ネットワークに沿った活動電位の急速な広がりにより、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管は細胞全体のすべての領域で筋形質膜を筋小胞体に非常に近づけるため、細胞全体の筋小胞体からカルシウムが同時に放出されます。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。^[14]平滑筋細胞、病気の心筋細胞、またはT管が人工的に除去された筋細胞 など、T管を欠く細胞では、筋形質膜から進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し、収縮の強さが低下します。^[14]

T管は興奮収縮連関の主要な場所であるため、このプロセスに関与するイオンチャネルとタンパク質はここに集中しています。T管膜内には、筋形質膜の他の部分と比較して3倍のL型カルシウムチャネルが存在します。さらに、ベータアドレナリン受容体もT管膜に高濃度に存在し、^[15]その刺激により筋小胞体からのカルシウム放出が増加します。^[16]

T 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 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 管は非常に細いため、本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 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あるため重要です。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 管内のカルシウム濃度は比較的一定に保たれ、心臓の収縮が継続します。^[6]

T 管は細胞へのカルシウムの流入場所であると同時に、カルシウムの除去場所でもある。これは、細胞内のカルシウム濃度を狭い領域 (T 管と筋小胞体の間、局所制御として知られる) で厳密に制御できることを意味するため重要である。^[17]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 管膜に存在している。^[6]ナトリウム - カルシウム交換体は、細胞から 1 つのカルシウムイオンを受動的に除去し、3 つのナトリウムイオンと交換する。したがって、受動的なプロセスとして、これらのイオンの相対濃度と細胞膜を横切る電圧 (電気化学的勾配)の組み合わせに応じて、カルシウムが細胞内または細胞外に流入または流出することを可能にする。 ^[10] 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。 ^[10]

T 管の機能を調べるために、デチューブレーションと呼ばれる技術を使用して、T 管を表面膜から人工的に切り離すことができます。グリセロール^[18] やホルムアミド^[14] (それぞれ骨格筋および心筋用)などの化学物質を、細胞を取り囲む細胞外溶液に加えることができます。これらの薬剤は細胞外溶液の浸透圧を高め、細胞を収縮させます。これらの薬剤を取り除くと、細胞は急速に膨張し、通常のサイズに戻ります。この細胞の収縮と再膨張により、T 管が表面膜から分離します。^[19] あるいは、たとえば低張食塩水を使用して細胞外溶液の浸透圧を下げ、一時的な細胞膨張を引き起こすことができます。細胞外溶液を通常の浸透圧に戻すと、細胞は元の大きさに戻り、再びデチューブレーションにつながります。^[20]

後にT管として知られるようになった細胞構造のアイデアは、1881年に初めて提唱されました。横紋筋細胞を刺激してから収縮するまでの非常に短い時間差は、筋形質膜と筋小胞体の間を移動するシグナル伝達化学物質によって引き起こされるには短すぎました。そのため、細胞内に届く膜の袋が、観察された収縮の非常に急速な開始を説明できるのではないかと示唆されました。^{[21] [22]}  T管が初めて確認されたのは1897年で、墨汁を注入した心筋を光学顕微鏡で調べる検査が行われました。イメージング技術が進歩し、透過型電子顕微鏡の登場によりT管の構造がより明らかとなり^[23]、 1971年にT管ネットワークの縦方向成分の説明につながった。^[24] 1990年代と2000年代には、共焦点顕微鏡によってT管ネットワークの3次元再構成とT管のサイズと分布の定量化が可能になり、^[25]カルシウムスパークの発見により、T管とカルシウム放出の重要な関係が解明され始めた。^[26]初期の研究は心室筋と骨格筋に焦点を当てていたが、2009年には心房心筋細胞に広範なT管ネットワークが観察された。^[27]進行中の研究は、T管構造の調節と、T管が心血管疾患にどのように影響し、どのように寄与するかに焦点を当てている。^[28]

T 管の構造は病気によって変化する可能性があり、心臓では心筋の衰弱や不整脈の原因となることがあります。病気で見られる変化は、T 管の完全な喪失から、その方向や分岐パターンのより微妙な変化まで多岐にわたります。^{[29] T 管は}心筋梗塞 後に失われたり破壊されたりすることがあります。^{[29]また、}心不全患者の心室でも破壊され、収縮力の低下に寄与し、回復の可能性を低下させる可能性があります。^[30]心不全は心房心筋細胞から T 管のほぼ完全な喪失を引き起こす可能性があり、心房の収縮力が低下し、心房細動の原因となる可能性があります。^[27]

T管の構造変化により、L型カルシウムチャネルがリアノジン受容体から離れることがあります。これにより、細胞内のカルシウム濃度が上昇するのにかかる時間が長くなり、収縮が弱まり、不整脈が発生します。^{[6] [27]しかし、T管の構造の乱れは永久的ではない可能性があり、}インターバルトレーニングを使用することでT管のリモデリングを逆転させることができると示唆する人もいます。^[6]

• 筋肉の収縮