4.12: ギャップ結合
多細胞生物では、細胞同士がさまざまな方法でコミュニケーションをとっています。ギャップ結合とは、動物の隣り合う細胞の間に孔を開けて細胞質をつなぎ、分子やイオンの交換を可能にする特殊なタンパク質です。ギャップ結合は、無脊椎動物や脊椎動物に広く存在し、細胞の分化や発生をはじめとする多くの機能を媒介しており、心臓疾患や皮膚疾患をはじめとする多くのヒトの疾患と関連しています。
脊椎動物のギャップ結合は、コネキシン(CX)と呼ばれる膜貫通タンパク質で構成されており、6つのコネキシンがコネクソンと呼ばれるヘミチャネルを形成しています。ヒトには少なくとも21種類の異なる形態のコネキシンが存在し、ほとんどすべての細胞種で発現しています。6つのコネキシンがすべて同じであればホモメリック、異なるタイプであればヘテロメリックと呼ばれます。
ほとんどの細胞は2種類以上のコネキシンを発現しており、これらのコネキシンは、機能的なコネキソン・ヘミチャネルを形成したり、隣接する細胞上の相手とペアになって完全なギャップ結合チャネルを形成したりします。このギャップ結合は、それぞれのコネキシンが同じ場合はホモタイプ、異なる場合はヘテロタイプと考えられます。ギャップ結合プラークと呼ばれるクラスターがしばしば形成され、そラークの中心部ではチャネルが継続的にリサイクルされては分解され、周辺部ではチャネルが置き換えられます。
ギャップ結合は、イオン、セカンドメッセンジャー、糖などの小分子を細胞間でやりとりします。この交換は選択的に透過し、チャネルのコネキシン組成によって決定されます。このチャネルは、特定の条件下で開状態と閉状態を切り替える能力を持ち、細胞が細胞間の分子の交換を制御できるようにしています。また、pHやCa2+イオンの存在などの要因は、より短い時間スケールで細胞間のコミュニケーションを制御することができ、遺伝子発現の違いは、発生および成体組織の様々な種類の細胞におけるコネキシンの種類と存在量を制御します。
