細胞内セカンドメッセンジャー

セカンドメッセンジャーは、活性化された受容体からのシグナルを細胞の酵素や他の標的に中継・増幅する、小さな細胞内分子です。

Definition

セカンドメッセンジャーとは、受容体活性化に応答してその濃度が急速に変化し、シグナルをエフェクタータンパク質に中継する小さな細胞内シグナル伝達分子です。

Scope

このトピックでは、サイクリックAMP、カルシウムイオン、イノシトールリン脂質産物であるイノシトール三リン酸およびジアシルグリセロールを含む主要なセカンドメッセンジャーについて、それらがどのように生成され、除去され、プロテインキナーゼなどの下流のエフェクターをどのように活性化するかを扱います。

Core questions

• どのような分子が良いセカンドメッセンジャーとなるのでしょうか？
• サイクリックAMPはどのように生成され、どのように作用するのでしょうか？
• カルシウムはどのようにして多機能な細胞内シグナルとして機能するのでしょうか？
• イノシトール三リン酸とジアシルグリセロールはどのようにしてシグナルを2つの経路に分岐させるのでしょうか？

Key theories

イノシトール三リン酸とカルシウムシグナル伝達

ホスホリパーゼCは膜リン脂質をイノシトール三リン酸（内部貯蔵庫からカルシウムを放出する）とジアシルグリセロール（プロテインキナーゼCを活性化する）に切断し、受容体活性化を2つの細胞内経路に結合させます。

Mechanisms

活性化された受容体は、セカンドメッセンジャーのレベルを変化させる酵素を刺激します。アデニル酸シクラーゼはサイクリックAMPを生成し、これがプロテインキナーゼAを活性化します。ホスホジエステラーゼはサイクリックAMPを分解します。ホスホリパーゼCは膜脂質PIP2をイノシトール三リン酸（内部貯蔵庫のカルシウムチャネルを開く）とジアシルグリセロール（プロテインキナーゼCを活性化する）に切断します。カルシウム自体は、カルモジュリンなどの結合タンパク質を介して作用します。これらのメッセンジャーは小さく拡散性があるため、シグナルを広げ、増幅し、その迅速な除去により速やかな終結が可能となります。

Clinical relevance

セカンドメッセンジャーは、細胞が受容体活性化をいかにして迅速、増幅され、空間的に組織化された応答に変換するかを説明するものであり、細胞シグナル伝達における中心的な概念です。ここでの扱いは記述的であり、処方的なものではありません。

History

サザーランドによるサイクリックAMPの発見はセカンドメッセンジャーの概念を導入し、ベリッジはイノシトール三リン酸とカルシウムシグナル伝達を解明し、西塚はジアシルグリセロールの標的としてプロテインキナーゼCを同定し、主要なメッセンジャーシステムを明らかにしました。

Key figures

• Earl Sutherland
• Michael Berridge
• Yasutomi Nishizuka

Seminal works

• berridge1993
• alberts2014

Frequently asked questions

なぜセカンドメッセンジャーは重要なのでしょうか？

それらは受容体からのシグナルを細胞の奥深くまで運び、1つの酵素が多くのメッセンジャー分子を生成できるためシグナルを増幅し、応答を協調させ、迅速に停止させることができます。

カルシウムはどのようにシグナルとして作用するのでしょうか？

細胞は細胞質カルシウム濃度を非常に低く保っているため、貯蔵庫からの制御された放出や外部からの流入は急激な上昇を引き起こし、カルモジュリンなどの結合タンパク質がこれを感知して応答を誘発します。