心筋細胞内Ca2+シグナリング

心筋細胞内Ca2+濃度は筋収縮の周期に伴って変化し、この変化は主に筋鞘と心筋小胞体の膜蛋白質によって行われる。すなわち、細胞内Ca2+濃度の上昇は、細胞膜の脱分極に続いて心筋細胞の形質膜にある電位依存性L型Ca2+チャネルが活性化してCa2+が流入し、その対面の心筋小胞体の終末槽にあるCa2+遊離チャネル(リアノジン受容体)がCa2+流入に反応して心筋小胞体内のCa2+を遊離し、細胞内Ca2+濃度の上昇を加速することにより起こる(Ca2+誘導性Ca2+遊離機構)。このとき細胞内Ca2+濃度は10-7Mより10-5Mまでダイナミックに上昇し、Ca2+がトロポニンCと結合して筋収縮が始まる。一方、細胞内Ca2+濃度の低下は、形質膜のNa+/Ca2+交換系とCa2+ポンプによる細胞外への汲み出し、さらに心筋小胞体の膜に存在するCa2+ポンプによる心筋小胞体内へのCa2+の取り込みによって生じる。このように、細胞内Ca2+濃度の変化は直接的に筋収縮と弛緩を制御しているのみならず、Ca2+はCa2+依存性の各種酵素(キナーゼ、プロテアーゼなど)を活性化または不活化させたり、ギャップ結合を通じて隣接する細胞へ伝搬し細胞と細胞間のシグナル伝達にも利用されるなど、幅広い役割を担っている。近年では、転写因子NFATやNF-κBがCa2+濃度に依存して活性を調節されていることが明らかになるなど、転写活性への影響も注目されている。また、逆に細胞内Ca2+濃度へ影響を与える因子も数多くあり、外界からの刺激により細胞内Ca2+の濃度が調節される。たとえば、心臓がβ交感神経刺激を受けると、心臓は収縮・弛緩速度を増加させるが、このとき心筋細胞内Ca2+濃度も変化する。これはサイクリックAMP(cAMP)依存性キナーゼを介して、心筋小胞体の膜蛋白質でCa2+ポンプの抑制因子であるホスホランバンがリン酸化されることが1つの要因と考えられている。つまり、リン酸化によりホスホランバンのもつCa2+ポンプ抑制作用が解除されると、心筋小胞体のCa2+ポンプ活性が増加して細胞内Ca2+濃度をより低下させ、心筋細胞の弛緩速度の増加をきたし、また心筋小胞体内の貯蔵Ca2+量が増加して収縮速度の増加をもきたすのである。

心筋細胞内Ca2+シグナリング