
ファーストメッセンジャー(一次情報伝達物質)は、ホルモンまたは神経伝達物質などの細胞外シグナル伝達分子であり、細胞表面受容体に結合し、細胞内シグナル伝達経路を活性化します。これらの分子は細胞膜を物理的に通過できないため、細胞内でシグナルを伝達し増幅するために、セカンドメッセンジャーに依存しています。
セカンドメッセンジャー(二次情報伝達物質)は、多くのシグナル伝達パスウェイに関与する重要な細胞内分子です。これらは主に非タンパク質の低分子とイオンのことを指し、細胞表面受容体によって受け取られた細胞外シグナルを細胞質ゾル内の標的分子に中継します。一般的なセカンドメッセンジャーとして、カルシウム、サイクリックヌクレオチド、イノシトールトリスリン酸(IP3)およびジアシルグリセロール(DAG)が挙げられ(下表)、その重要な利点は、細胞表面で受け取ったシグナルを、細胞質や核内の細胞内標的分子に迅速に伝達・増幅する能力です。セカンドメッセンジャーの濃度は速やかな動態で制御されているので、その濃度が上昇し、効果がでるまでに非常に短時間になります。
セカンドメッセンジャー | シグナル伝達パスウェイ | 主な機能 |
---|---|---|
カルシウム | Phosphoinositol Pathway | 細胞質ゾルのカルシウム濃度の増加は、筋収縮、エキソサイトーシス、Tリンパ球活性化、細胞接着およびアポトーシスなどの様々な応答を誘導。 |
サイクリックアデノシンモノリン酸(cAMP) | cAMP or Adenylyl Cyclase Signaling Pathway | タンパク質をリン酸化するcAMP依存性キナーゼであるプロテインキナーゼA(PKA)を活性化。遺伝子転写の調節。 |
サイクリックグアノシンモノリン酸(cAMP) | cGMP Signaling Pathway | タンパク質をリン酸化するcGMP依存性キナーゼであるプロテインキナーゼG(PKG)を活性化。 |
イノシトールトリスリン酸 (IP3) | Phosphoinositol Pathway | 小胞体上にあるカルシウムチャンネルに結合し、細胞質へのカルシウム放出のトリガー。 |
ジアシルグリセロール(DAG) | Phosphoinositol Pathway | タンパク質をリン酸化するカルシウム依存性キナーゼであるプロテインキナーゼC(PKC)を活性化。 |
カルシウムは細胞の様々なイベントに関与し、その普遍性から、万能なセカンドメッセンジャーとして考えられています。筋収縮、エキソサイトーシス、神経伝達、遺伝子発現、受精、細胞増殖、アポトーシスおよび骨発達を含む重要な生理学的プロセスに必須です。
サイクリックアデノシンモノリン酸(cAMP)は多くのパスウェイで利用される重要なセカンドメッセンジャーです。多くの生物で細胞内情報伝達に利用され、cAMP依存性経路を輸送し、プロテインキナーゼの活性化やイオンチャネル調節に関与しています。cAMPはATPに由来し、膜貫通型受容体と共役する細胞膜結合型アデニル酸シクラーゼによって合成され、その活性化は一連のシグナル分子によって開始されます。これらの分子はGPCRなどの受容体と相互作用し、GPCRはアデニル酸シクラーゼ活性を開始させ、細胞内cAMP濃度を上昇させます。また、cAMPは特定の基質タンパク質のリン酸化を担うcAMP依存性プロテインキナーゼを活性化します。cAMP活性の測定は、受容体の活性化、特徴づけ、および受容体-リガンドの同定を評価する機能的アッセイに有用です。
PDE はセカンドメッセンジャー分子であるサイクリックヌクレオチド(cAMPとcGMP)を分解する酵素群です。これらは細胞内ドメイン内のサイクリックヌクレオチドシグナル伝達の局在、持続時間、振幅を調節しますので、PDEはこれらのセカンドメッセンジャー分子を介したシグナル伝達の重要な調節因子です。PDE酵素は、その独特な組織分布、構造的および機能的特性のため、しばしば薬理学的阻害のターゲットとなります。PDE阻害剤は、PDEによるそれらの分解の阻害により、cAMPまたはcGMPによって媒介される生理学的過程の効果を延長または増強することができます。PDE阻害薬は、肺動脈高血圧症、冠動脈性心疾患、認知症、うつ病、統合失調症などの研究分野で注目されています。
本特集では、セカンドメッセンジャーの解析や関連する研究用ツールについてご紹介いたします。
Cosmo Bio would like to acknowledge and thank AAT Bioquest, Inc. for providing intracellular signaling and second messenger information presented here.