続・生物学茶話１４９： ＧＡＢＡ その３ ＧＡＢＡＢ受容体

ＧＡＢＡの受容体には塩素イオンチャネルのＧＡＢＡＡ受容体以外に、ＧＰＣＲであるＧＡＢＡＢ受容体が存在します。バウリーらは１９８０年に、ＧＡＢＡＡのアンタゴニストである bicuculline が無効で、ＧＡＢＡＡのアゴニストではない baclofen がアゴニストとして作用する新規のＧＡＢＡ受容体が存在することを示し、旧来の受容体をＧＡＢＡＡ、新規受容体をＧＡＢＡＢと命名しました（１、２、図１４９－１）。また彼らによって遺伝子構造も解明されました（３）。

図１４９－１　ＧＡＢＡＢ受容体の発見

カウプマンやベトラーらの研究によると、ＧＡＢＡＢ受容体は通常の７回膜貫通型ＧＰＣＲではなく、ふたつのＧＰＣＲが結合し共同して作用するめずらしいタイプの（当時としては新規の）受容体であることが明らかになりました（４、図１４９－２）。図１４９－２は脳科学辞典から拝借しました（５）。現在ではこのタイプの受容体がいくつかみつかっていて、クラスＣのＧＰＣＲとしてまとめられています。このなかにはＧＡＢＡＢと同じようにヘテロダイマーを形成する味覚受容体（Ｔ１Ｒ、Ｔ２Ｒ）や、ホモダイマーを形成するグルタミン酸受容体などが含まれています。クラスＣのＧＰＣＲは、いまのところ最も構造解析が遅れている受容体グループと言えます。

図１４９－２に示すように、ＧＡＢＡＢ受容体はＲ１（Ｂ１）とＲ２（Ｂ２）という細胞膜内で隣接する分子が、細胞内の両者の長いＣ末領域で複雑に絡まり合っていて、あたかも１分子のように動作します。Ｒ１はＧＡＢＡの受容体として、Ｒ２はＧタンパク質の結合因子としての役割を分担しています。すなわちＲ２はＲ１がＧＡＢＡと結合したことを検知して、Ｇタンパク質をリリースするという段取りになります。ただし両者Ｃ末の細胞質内にあるからまりあった部分には、さまざまな転写因子や細胞骨格関連因子などが結合する部位があり、この受容体の多彩な役割を示唆しています。またＲ１の細胞外部位には「すしドメイン」と名付けられた部位があり、ここでは細胞外マトリクスの構成因子であるフィブリン２と結合することが知られています（６）。

図１４９－２　ＧＡＢＡＢ受容体の構造

Ｒ２に結合しているＧαタンパク質は i 型で、ＧＡＢＡのシグナルによって遊離し、アデニル酸シクラーゼを阻害してｃＡＭＰ合成を妨げる働きがあります。これによってタンパク質のリン酸化が低下します。また同じく遊離したＧβγタンパク質によって、カリウムチャネルが開き、カルシウムチャネルが閉じられます。Ｋ＋は細胞内濃度が高いので細胞外に流出し、過分極の方向、すなわち脱分極を防ぐ方向にコントロールされます。またカルシウムの流入が妨げられるのも同じ効果があります（６、７、図１４９－３）。

ＧＡＢＡＡ受容体はイオンチャネルなので、ＧＡＢＡシグナルに対する即時（ミリ秒単位）の反応を受け持ち、ＧＡＢＡＢ受容体は遅い反応（数百ミリ秒単位）または継続的な反応を受け持つと思われます（６、７）。

図１４９－３　ＧＡＢＡＢ受容体の機能

最近の研究によると、哺乳類と同様なヘテロダイマー仕様のＧＡＢＡＢ受容体はショウジョウバエにも存在し、特にＲ１とＲ２が結合しているＣ末のコイルドコイルドメインの構造はよく保存されているそうです（８）。ヒトでもそうですがショウジョウバエのＧＡＢＡシグナルは睡眠や概日リズムにも関与するようです（８－１０）。またこのようにＧＡＢＡＢ受容体が、前口動物と後口動物で同じような特異仕様になっているということは、それらのグループが分岐する以前の生物がこのような受容体を持っていたことを示唆します。

さらにＧＡＢＡＢ受容体分子のルーツをたどっていくと、驚くべきことに細菌の細胞膜形成に重要な役割を果たしているペニシリン結合タンパク質までたどりつくことがわかりました（１１）。もちろんこの場合ヘテロダイマーは形成していません。他のクラスＣ－ＧＰＣＲとの関係もチュェンらが示してくれていたので（１１）、図１４９－４に改変して示しました。これまでにもいろいろな神経伝達因子受容体についてみてきましたが、この場合も真核生物が出現する前後にこの分子がＧＰＣＲと一体化して情報伝達関連因子の受容体として進化し、さらに神経伝達因子受容体として流用されて、それが今日まで引き継がれていると思われます。

図１４９－４　ＣｌａｓｓＣ　ＧＰＣＲの分子進化系統樹

さて再掲となりますが図１４９－５をみますと、ＧＡＢＡによる情報伝達に関しては、まだいくつかの重要な因子があることがわかります。まず⚪で示されているＧＡＢＡトランスポーター（ＧＡＴ）です。これにはいくつかのタイプがあり、シナプス前細胞にはＧＡＴ１型、シナプス周辺アストログリア細胞にはＧＡＴ３型、脳以外の臓器の細胞にはＧＡＴ２型が概ね局在しています。

図１４９－５　シナプス周辺のＧＡＢＡの動向

ＧＡＴは膜１２回貫通型の細胞膜に埋め込まれたタンパク質で、Ｃ末・Ｎ末共に細胞内に露出します（図１４９－６）。ＧＡＴがＧＡＢＡを細胞内に取り込む際にＧＡＢＡ１分子につきナトリウムイオン２個と塩素イオン１個が移動しますが（１２、図１４９－６）、ＡＴＰは使用しません。といってもナトリウムを取り込むと、ＡＴＰを使って排出することになるので、間接的にはＡＴＰのエネルギーを利用していることになります。

ＧＡＢＡが通過する部分はシーソーのような構造になっており、図１４９－６のように立体構造を変えることによってＧＡＢＡを移動させます（１２）。ＧＡＢＡを放出後、シナプス間隙の不要なＧＡＢＡ濃度が高まると、シナプス前細胞のＧＡＴ１がＧＡＢＡをすみやかに回収します。アストログリア細胞のＧＡＴ３もＧＡＢＡの回収に使われるようです。この両者によって約７５％のＧＡＢＡを回収できるとされています（１２）。

アストログリア細胞（図１４９－５）が回収したＧＡＢＡはグルタミン酸からグルタミンに変換され、トランスポーターを通してシナプス前細胞に受け渡されて再利用されます。シナプス前細胞は自ら回収したＧＡＢＡと、アストログリア細胞から受け取ったグルタミンから合成したＧＡＢＡを使用することができます。ＧＡＢＡが長時間シナプス間隙に残留するとまずい場合が多いので、このような回収システムがすみやかに稼働すると思われます。

図１４９－６　ＧＡＢＡトランスポーター（ＧＡＴ）の作用機構

図１４９－５にもうひとつの役者ＶＧＡＴが⚫で記されています。ＶＧＡＴとは小胞ＧＡＢＡトランスポーター（vesicular gaba transporter) の略称で、ＧＡＴとは全く異なるトランスポーターです。ＶＧＡＴはアミノ酸配列から９回膜貫通型のトランスポーターと考えられていて、細胞質のＧＡＢＡとグリシンをシナプス小胞内に取り込むことができます（１３）。小胞内にため込まれた神経伝達物質は、必要時にエキソサイトーシスによってシナプス間隙に排出されます（１４）。

参照

１）N. G. Bowery, D. R. Hill, A. L. Hudson, A. Doble, D. N. Middlemiss, J. Shaw & M. Turnbull, (－)Baclofen decreases neurotransmitter release in the mammalian CNS by an action at a novel GABA receptor., Nature vol.283, pp. 92-94 (1980)
https://www.nature.com/articles/283092a0

２）Bowery NG, GABAB receptor pharmacology. Annual Review ofPharmacology and Toxicology vol.33: pp.109-147 (1993)
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8388192/

３）Bowery, N.G. and Brown, D.A., The cloning of GABA(B) receptors. Nature vol.386, pp.223-224. (1997)
https://www.nature.com/articles/386223a0.

４）K Kaupmann 1 , K Huggel, J Heid, P J Flor, S Bischoff, S J Mickel, G McMaster, C Angst, H Bittiger, W Froestl, B Bettler, Expression cloning of GABA(B) receptors uncovers similarity to metabotropic glutamate receptors., Nature vol.386, pp.239-246. (1997) doi: 10.1038/386239a0.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9069281/

５）脳科学辞典　ＧＡＢＡ受容体
https://bsd.neuroinf.jp/wiki/GABA%E5%8F%97%E5%AE%B9%E4%BD%93

６）Miho Terunuma、Diversity of structure and function of GABAB receptors: a complexity of GABAB-mediated signaling., Proc. Jpn. Acad., Ser. B 94 pp.390-411 (2018) doi: 10.2183/pjab.94.026
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30541966/

７）Bernhard Bettler, Klemens Kaupmann, Johannes Mosbacher, and Martin Gassmann, Molecular Structure and Physiological Functions of GABAB Receptors., Physiol. Rev., vol.84: pp.835–867, (2004)
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15269338/

８）Shenglan Zhang et al., Structural basis for distinct quality control mechanisms of
GABAB receptor during evolution., The FASEB Journal. Vol.34, Issue 12., pp.16348-16363 (2020)
https://doi.org/10.1096/fj.202001355RR
https://faseb.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1096/fj.202001355RR

９）名古屋大学・北海道大学プレスリリース　脳内の概日時計における抑制性神経の機能を発見！
https://www.med.nagoya-u.ac.jp/medical_J/research/pdf/Com_Bio_20190621.pdf

１０）https://www.taisho-direct.jp/simages/ad/hm/SS_t_b.html?utm_source=google-02&utm_medium=1001&utm_content=SS-basic&utm_campaign=ss&gclid=EAIaIQobChMI86H5nK7L8QIVA9GWCh0nYwAgEAMYASAAEgK8ZvD_BwE

１１）Lei Chun, Wen-hua Zhang, Jian-feng Liu, Structure and ligand recognition of class C GPCRs., Acta Pharmacologica Sinica (2012) 33: 312–323 doi: 10.1038/aps.2011.186
https://www.nature.com/articles/aps2011186

１２）Sadia Zafar and Ishrat Jabeen, Structure, Function, and Modulation of γ-Aminobutyric Acid Transporter 1 (GAT1) in Neurological Disorders: A Pharmacoinformatic Prospective. Front Chem. vol.6: article 397. pp.1-19 (2018)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6141625/

１３）脳科学辞典　小胞GABAトランスポーター
https://bsd.neuroinf.jp/wiki/%E5%B0%8F%E8%83%9EGABA%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%B9%E3%83%9D%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%83%BC

１４）脳科学辞典　シナプス小胞
https://bsd.neuroinf.jp/wiki/%E3%82%B7%E3%83%8A%E3%83%97%E3%82%B9%E5%B0%8F%E8%83%9E