研究最前線

カルシウムイオン（Ca2＋）は、筋肉の収縮などさまざまな生命現象を制御することに使われている。Ca2＋は細胞の中にある小胞体に貯蔵されており、その放出を担っているのがIP3（イノシトール三リン酸）受容体である。
脳科学総合研究センター 発生神経生物研究チームの御子柴克彦チームリーダー（TL）は、行動異常を起こす動物で欠損していたP400タンパク質の解析を通じてIP3受容体を発見し、それが小胞体にあるCa2＋を通過させるチャネルでもあることを明らかにした。その発見から約25年。
「IP3受容体は、単なるCa2＋チャネルではありませんでした」と言う。
御子柴TLは、「IP3受容体こそが、生命の根幹を制御しているのです」

IP3受容体は、いかにして生命の根幹を制御しているのか。
IP3受容体をめぐる最新の研究を紹介しよう。

IP3受容体は生命の根幹を制御している■ IP3 受容体の発見
IP3 受容体──それが、御子柴 TL がく、行動にも異常が見られる。さらに、現象の制御の理解が大きく進みました」

P400と呼ばれるタンパク質が少ないこ

生物の体内にある Ca というと、まず長年追い続けている研究ターゲットであとが分かった。P400 は、プルキンエ細骨が思い浮かぶだろう。骨は Ca が沈着る。IP3 受容体について御子柴 TL は、「予胞が欠損している変異マウスでも激減ししたものだ。Ca はイオン化した状態で想もつかない、ものすごい働きをするもていた。当時、P400 の働きはまだ分かっも存在しており、情報伝達物質として使の」と形容する。ていなかったが、御子柴 TL は、プルキわれている。金属イオンであるCa2＋は、御子柴 TL は 1970 年代後半から、小ンエ細胞の生存にもまたその機能にも重大量にあると生物にとって有害だ。そこ

脳の神経細胞の一種、プルキンエ細胞要なタンパク質に違いないと確信し、詳で、通常は細胞内の Ca2＋濃度をとてもに異常がある変異マウスを用いて生化しく調べていった。
「なんとP400 は、IP3低く保ち、必要なときだけ濃度を上昇さ学的な解析を行っていた。神経細胞同という細胞内情報伝達分子の受容体でせることで、筋肉の収縮や神経の興奮な士はシナプスと呼ばれる構造を介してした。IP3 受容体は当時多くの研究者がどさまざまな反応を引き起こしている。

ネットワークをつくっているが、変異マ探していたもので、私たちの発見によっ

かつて Ca2＋は、細胞外から細胞内にウスではプルキンエ細胞のシナプスがなてカルシウムイオン（Ca2＋）による生命流れ込んでいろいろな働きをすると考え

IP3 受容体のサプレッサードメインの構造と機能チャネルの開口を調節

IP3の結合親和性を調節

IP3受容体1型のサプレッサードメインの三次元構造（三方向から）

サプレッサードメイン

IP3結合ドメイン
1
N末端226578IP3の結合親和性を調節

IP3受容体のアミノ酸配列のドメイン構造とサプレッサードメインの機能

06 R I KE N NE WS 2014 Ju ly

膜貫通ドメイン
2,276

チャネルの開口を調節

2,589 2,749 a.a.
C末端

上図は、IP3 受容体のうち N 末端にあるサプレッサードメインと呼ばれる領域を X 線結晶解析して得られた三次元構造。サプレッサードメインには、IP3 とIP3 受容体の結合親和性を調節している部位（上図の赤）とチャネルの開口に関わる部位（上図の茶）がある（上図の青と緑はどちらにも関わらない）。IP3 受容体は 3 種類あり、サプレッサードメインの構造はそれぞれ異なっている（上図は 1型）。IP3 結合ドメインは 3 種類とも同じだが、サプレッサードメインが違うために調節の程度が変わり、IP3 との親和性は種類ごとに特異的になる。また、サプレッサードメインを取り除くとチャネル活性がなくなる。

撮影：STUDIO CAC

御子柴克彦（みこしば・かつひこ）
脳科学総合研究センター
発生神経生物研究チーム
チームリーダー1945年、長野県生まれ。医学博士。慶應義塾大学医学部卒業。同大学大学院医学研究科博士課程修了。フランス・パスツール研究所研究員、慶應義塾大学医学部助教授、大阪大学蛋白質研究所教授などを経て、1991年より東京大学医科学研究所教授。1992年より理研主任研究員、1997年より理研脳科学総合研究センターグループディレクター。2009年より現職。

られていた。しかし、細胞外からの Ca2＋その侵入点から Ca2＋振動が起きる。御の流入を止めても細胞内の Ca 濃度が子柴 TL は、IP3 受容体と結合してその「IP3 受 容 体 の 1 型、2 型、3 型はそれ2＋。
（タイトル図）上がる。一方、細胞内に Ca の貯蔵庫機能を阻害する抗体をつくり、受精卵にぞれ違う機能を持っているに違いないとがあることも知られていた。また、細胞入れてみた。すると、Ca2＋振動が止まり、考えて、研究を進めました。ある分子のが外部から刺激を受けると、細胞膜中の卵割も始まらなかった。Ca 振動は受機能を調べようとしたとき、 異常からイノシトールリン脂質が加水分解され細精を制御しているのだ。
「Ca 振動は、正常を見る という手法が有用です」と胞内に IP3 がつくられ、それが貯蔵庫か発生の初期の段階で背と腹の決定も制

御子柴 TL。ある型の IP3 受容体を欠損らの Ca 放出に関わっていることも報告御していることが分かってきました。背させたり、過剰に発現させたりしたマウされてきた。そのような状況で、Ca が側には神経が形成されるので、背腹軸スをつくる。その変異マウスを正常なマ細胞内のどこに貯蔵されていて、どのよの決定は重要です。しかし、それらはウスと比較することで、その型の IP3 受

うに IP3 によって放出されるのかは、まっIP3 受容体の働きのほんの一部にすぎな容体の働きが見えてくるのだ。

たく分かっていなかった。

かったのです」2＋2＋2＋

そうした中、御子柴 TL は、P400 はIP3 が結合する受容体であること、P4002＋2＋

変異マウスや機能を阻害する抗体を用いた実験などにより、受精や背腹軸の■ IP3 受容体には 3 種類ある

決定を制御しているのは 1 型であることに IP3 が結合すると細胞質の Ca2＋濃度がマウスなど脊椎動物では IP3 受容体がが明らかになった。また1 型は神経細胞上がること、さらには IP3 受容体が小胞3 種類あることが分かった。遺伝子がどで多く発現し、記憶学習に関わるシナプ体の膜に局在していることを次々と示の細胞で特異的に発現するかを決めてスの可塑性や、神経細胞の軸索の正しし、それまでの謎を解き明かしていったいる遺伝子領域の塩基配列や、DNA がい伸展にも関わっている。のだ（図1）。しかも、IP3 受容体は Ca2＋RNA に転写されるときに除去されるス2 型と3 型の両方の遺伝子を欠損させチャネルでもあった。チャネルとは細胞プライシング領域、タンパク質の働きにると、目や口の乾燥が見られた。2 型との膜を貫通しているタンパク質で、孔深く関わるリン酸化の部位や糖が付加さ「2 型
3 型は分泌に関わっているらしい。

が開閉してイオンなどが通過する。IP3れる部位も、種類ごとに異なっている。と3 型を欠損しているマウスの症状は自受容体は、チャネルが働いて Ca2＋が放IP3との結合のしやすさも異なる。この

己免疫疾患のシェーグレン症候群に似出される際に形が変わると考えられて結合親和性は IP3 受容体のサプレッサーていることから、病態の理解や治療薬のいる。

ドメインと呼ばれる領域が調節している開発につながる可能性もあります。2 型

さらに、細胞の外から入ってきた Ca2＋と、小胞体から IP3 受容体を通って細胞情報伝達物質細胞外受容体質に放出された Ca は、同じ Ca であ2＋2＋りながら働きが違うことが分かってきた。特に大きな違いが、
Ca2＋振動である。

IP3 受容体に IP3 が結合すると小胞体から Ca2＋が放出され、細胞質の Ca2＋濃度は急激に上昇し、その後、緩やかに元の濃度に戻る。そうした Ca2＋濃度の変化が繰り返し起きる。それが Ca2＋振動だ。例えば、卵子に精子が侵入すると、IP3受精発生・分化転写
記憶などCa2＋IP3受容体
Ca2＋Ca2＋
Ca2＋小胞体

細胞質

図 1 IP3 受容体によるCa2＋放出
細胞外からの情報伝達物質を細胞膜にある受容体が受け取ると、細胞膜のイノシトールリン脂質が加水分解されて IP3ができる。その IP3 が小胞体の表面の膜にあるIP3 受容体に結合すると、チャネル孔が開いて Ca2＋ が放出される。IP3 受容体には、さまざまな分子がくっついている。Ca2＋は、IP3受容体やそれらの分子と結合し、さまざまな生命現象を制御する。

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研

究

最前線

図 2 IP3 受容体の機能

従来の考え方刺激IP3受容体

IP3

下記のすべての多様な現象

Ca2+Ca2+チャネル
新しい考え方受精・背腹軸決定

IP3受容体1型

神経細胞の突起伸展

従来は IP3 受容体から放出された Ca2+ がすべての機能を担っていると考えられていた。最近では、3 種類あるIP3 受容体はCa2+ 放出機能に加えて、それぞれが特異的なシグナル拠点を形成して多くの分子と反応しながら多様な現象を引き起こしていると考えられるようになっている。

シナプス可塑性・記憶学習
刺激

汗の分泌

IP3受容体2型

IP3

心臓機能
唾液分泌・膵液分泌・涙の分泌
味覚

IP3受容体3型

毛の形成

シグナル拠点＋Ca2+チャネル

IP3受容体IP3Ca2+IRBIT

容体は非常に多様な機能を発揮するこ鼻粘膜の機能とができ、その異常は病気に直結する。

破骨細胞形成「IP3 受容体にはタンパク質の品質管理にNa+HCO3 共輸送体1関わるシャペロンも結合し、タンパク質合成も制御していました。小胞体はタンパク質を合成する場ですが、IP3 受容体は、心臓の機能にも関わっていました。

より詳しく調べていった結果、IP3 受容がタンパク質合成まで制御しているといそれは、大きな驚きでした」

体のチャネル部位は、ほかのチャネルとうのは驚きでした」Ca は心臓の収縮を制御している。

何も違いがないことが分かった。一方そのとき最も重要な働きをしているのはで、IP3 受容体には、さまざまな分子がリアノジン受容体であるというのが、常結合していることが明らかになった。

識となっていた。リアノジン受容体は、「IP3 受容体に IP3 が結合すると、小胞小胞体の膜にある Ca チャネルであり、体から Ca2＋が放出されます。それが細■ IP3 受容体が放出する IRBIT を発見
IP3 受容体をめぐって、もう一つ大きな発見があった。御子柴 TLらは、IP3 結合によりIP3 受容体から Ca2＋以外に放出心臓では IP3 受容体よりはるかに多く発胞内に広がっていって、細胞内に点在しされる分子を発見したのだ。その分子を現しているからだ。ところが、IP3 受容ているさまざまな分子と結合することでIRBIT（IP3 Receptor Binding Protein

体 2 型を過剰に発現すると、心臓の収多様な機能を引き起こすと、これまで考Released with Inositol Trisphosphate：縮に異常が起きて心肥大となったのだ。

えられていました（図 2 上）
。しかしそうIP3 受容体から IP3 により放出される分さらに、1 型と 3 型の両方を欠損させではありませんでした」と御子柴 TL。

子、IP3 擬態）と名付けた。そして IP3 受

ると、心臓の発生が止まってしまった。

「IP3 受容体は、結合するさまざまな分子容体には通常、IRBIT が結合しているこ「心臓の発生は、まさに生命の根幹です。

を集合させておくプラットフォームであとが分かった。しかし、それでは IP3 がそれを制御しているのは、IP3 受容体だっり、Ca を介した情報伝達網の中心 シ結合できない。実は、IP3 は IRBIT よりたのです」

2＋2＋2＋

グナル拠点 になっているのです。IP3 受

IP3 受容体に対する親和性が高く、結合1 型と2 型の両方を欠損させると、や容体は約 2,700 個のアミノ酸から成る巨しやすい。そのため、IP3 の濃度が高くはり心臓の発生が止まるが、異常が出る大なタンパク質で、なぜそれほど大きいなると、IP3 受容体の IP3 結合部位から箇所は 1 型と3 型を欠損させた場合とはのか不思議でしたが、いろいろな分子がIRBIT が放出されて IP3 が結合するのだ。

異なる。この結果は、3 種類の IP3 受容結合する場を提供するためだと考える「IRBIT は IP3 受容体の働き、つまり体は異なる場所で異なる働きをしていると、合点がいきます」

Ca2＋の放出を抑制しているのです。しことを示している。種類ごとのすみ分け

IP3 受容体に結合する分子は、IP3 受かし、IRBIT にはもっと重要な機能があが、IP3 受容体の多様な機能を実現する容体の種類ごとに違う。また、細胞の種るのではないか？ という思いが頭から離一つの鍵となっているらしい（図 2 下）。

類などによっても変わる。これまでに分れませんでした」■ IP3 受容体はシグナル拠点「しかし、IP3 受容体の機能は実に多様で、3 種類あるというだけでは説明し切れないほどです」と御子柴 TL。そこ
で、IP3 受容体の塩基配列や立体構造を

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かっている分子だけでも20 種類を超え、調べてみると、IP3 受容体から外れた

ハンチントン病の原因タンパク質である

IRBIT は、ナトリウムイオン（Na＋）重ハンチンチン、アルツハイマー病に関わ炭酸イオン（HCO3 ）共輸送体 1を活性るプレセニリン、小脳失調に関わるアタ化することが分かった。それは pH（水キシン、統合失調症に関わる DISC1も素イオン指数）を調節する分子だ。
「pH含まれている（図 3）。だからこそ、IP3 受の調節は分泌などさまざまな生命現象

関連情報2014年2月28日プレスリリース「シャーガス病（顧みられない熱帯病）の治療法に新たな光」に重要で、その分子の異常は白内障、緑内障、発達障害や知能低下を引き起こします。IP3 受容体には、Ca を放出2＋するだけでなく、pH を調節する IRBIT

図 3 IP3 受容体によるプラットフォーム提供
IP3 受容体は、シグナル拠点として多くの分子と相互反応するためのプラットフォームを提供している。IP3 受容体と結合する分子を図の右に示した。IP3 受容体の種類によって、それらのうちいくつかの分子が特異的に結合する。の放出という重要な役割があったのです」（図 2 下）
現在、IRBIT 欠損マウスをつくり、どIP3結合ドメイン

IP3受容体のような異常が起きるかを調べている。
すでに pH の調節障害が確認されたほか、高次脳機能や脳疾患にも関わっていさらに IRBIT はグルタミン酸受容体の働きを調整する重要な分子とも結合する

IP3

細胞質C
N

Ca2＋小胞体膜
小胞体内

膜貫通ドメインCN

チャネル孔ることを示す結果が出つつあるという。

サプレッサードメイン

IP35

IP3受容体に結合する分子
カルモジュリン

ホーマー

GIT1

RAC1

GRP78Na+/K+ ATPアーゼ

80K-H

TRPチャネル

NCS-1

AMPA受容体

チトクロームc

NMDA受容体

Bcl-2

mGlu受容体

Bcl-X1

IRBIT

CARP

プロテインキナーゼ A

アンキリン

4.1N

CaBP1

ERｐ44

クロモグラニンA & B
タンパク質フォスファターゼ（PP1、PP2A）
病気関連分子（ハンチンチン、プレセニリン、DISC1、アタキシン-2、3など）

ことが 分 か った。
「NMDA 受 容 体 やAMPA 受容体などのグルタミン酸受容性の感染症が多く発症するようになるこ直感しました」と御子柴 TL。

体は、記憶学習に関わるシナプス可塑性とは確実です。熱帯病には脳障害を引きIP3 受容体のアンチセンス核酸を投与をはじめとして神経細胞の情報伝達の起こすものもあり、マラリアやシャーガしたクルーズトリパノソーマ原虫をヒト主役です。IP3 受容体の欠損マウスはシス病の原因原虫は、脳研究においても大の培養細胞に感染させたところ、原虫はナプスの可塑性に異常があり、IP3 受容いに注目すべきものです」

細胞に侵入できなかった。アンチセンス体は記憶学習に関わっていることが分

御子柴 TL は、マラリアの原因である核酸とは、標的とするタンパク質を合成かっていました。これまでグルタミン酸マラリア原虫が自発的な Ca 振動を起するメッセンジャーRNA の塩基配列に2＋受容体とIP3 受容体の関わりは不明でし

こすことを発見。さらに IP3 受容体の阻対して相補的な塩基配列を持つ核酸で、たが、IRBIT が重要な働きをして神経細害剤（2-APB）を加えるとCa2＋振動が起そのメッセンジャーRNA に選択的に結胞の情報伝達を制御しているらしいこときなくなり、マラリア原虫が死に至るこ合して標的タンパク質の合成を抑制すが 分 か っ て き ま し た。IP3 受 容 体 ととを明らかにした。マラリア原虫の生存る。そのアンチセンス核酸は塩基配列がIRBIT は今、国際的に大きな注目を集めに IP3 受容体は必須なのだ。

大きく違うヒトの IP3 受容体の合成を阻ていて、すさまじい競争になっています」

また御子柴 TL は、シャーガス病の原害することはない。IP3 受容体は、創薬因であるクルーズトリパノソーマ原虫のの標的にまでなっているのだ。

■ 脳障害を起こす熱帯病の創薬研究へ

IP3 受容体を欠損させたり過剰に発現さ「いろいろな実験から、IP3 受容体は生「ある分子について調べたくても複雑せたりすると、宿主細胞への侵入も増殖命の根幹を制御していること、そしてな系ではよく分からないことがありますもできなくなることを明らかにした。こIP3 受容体の異常により脳神経系をはじが、下等生物を解析することにより、その原虫では IP3 受容体が宿主細胞への侵めとして多くの病気が起きることが分の本質を解明できます」と語る御子柴

入や生命維持に必須なのだ。さらに IP3かってきました。しかし、IP3 受容体のTL は、IP3 受容体の本質を明らかにする受容体の塩基配列は、ヒトの IP3 受容体全貌解明にはまだ至っていません。これために、ある原虫に目を付けた。
「地球と大きく違っていた。
「アンチセンス核からも、IP3 受容体を追い続けます」

温暖化によって近い将来、日本で熱帯酸を使えばシャーガス病を治療できると（取材・執筆：鈴木志乃／フォトンクリエイト）

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