生理学・平滑筋（平成 25 年 5 月 22 日）

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平 滑 筋 分子細胞情報学分野 平野 勝也

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１．骨格筋、心筋、平滑筋

骨格筋（skeletal muscle）

平滑筋（smooth muscle）

正常血管の 3 層構造

内膜（内皮細胞）

中膜（平滑筋細胞）

外膜（繊維芽細胞、神経）

心筋（cardiac muscle）

（平滑筋の増殖性：ウサギ大腿動脈）

正常血管

バルーン傷害 4 週間後の血管

骨格筋 心筋 平滑筋

Cellular structure Syncytium Single cell (functional syncytium) Single cell

Sarcomere Sarcomere (+) Sarcomere (+) Sarcomere (-)

Muscle type Voluntary muscle Involuntary muscle Involuntary muscle

Innervation Somatic nerves (Motor neuro)

Autonomic nerves

Sympathetic n

Parasympathetic n.

Autonomic nerves

Sympathetic n

Parasympathetic n.

Proliferative capacuty Terminally differentiated Terminally differentiated Phenotypically plastic

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２．平滑筋の電気的活動

静止膜電位

-35 ~ -75 mV

活動電位

活動電位を発生する平滑筋

門脈、消化管、膀胱、尿管、輸精管、子宮

○ 自発的に活動電位を発生する平滑筋

消化管、子宮

○ 刺激を受けると活動電位を発生する平滑筋

輸精管、

活動電位を発生しない平滑筋

大動脈、気管

Spike 型活動電位（a, b）

a, モルモット輸精管（電気刺激誘発）

b, ネコ小腸輪状筋（自発）

Slow wave and spike 型活動電位（c）

c, モルモット胃噴門部縦走筋

Peak and plateau 型活動電位（d, e）

d, イヌ胃噴門部縦走筋

e, モルモット尿管

３．細胞内カルシウムシグナル伝達

（１）細胞内 Ca2+動態

細胞質 Ca2+濃度 (静止時) ＝ 細胞外 Ca2+

濃度 ＝

細胞質 Ca2+濃度を低下させる機構 細胞質 Ca2+

濃度を上昇させる機構

Ca2+ extrusion

Ca2+ release

Ca2+ up-take

Ca2+ influx

（２）Ryanodine receptor 

アミノ酸：約 5,000 残基、分子量：約 560 kDa

a, Ｔ管に面した表面

b, 小胞体内腔に面した表面

c, 側面

Types 染色体 Tissue distributions RyR1

(skeletal) 19q13.1 Skeletal m, Cerebellum,

(smooth muscle) RyR2

(cardiac) 1q42.1-q43 Heart, Smooth m, Endothelial cells,

Brain

RyR3 15q14-q15 Skeletal m, Smooth m, Brain, Epithelial cells

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（３）IP3 receptor （アミノ酸 約 2,700 残基、分子量 約 310 kDa）

Types Type1 との

相同性 染色体 組織分布

Type 1 (ITPR1) - 3p26.1 Brain >> peripheral tissues

Smooth muscle Type 2

(ITPR2) 69% 12p11.23 Liver, lung, testis, spleen

Skeletal muscle, Cardiac muscle Type 3

(ITPR3) 62% 6p21.31 Skeletal muscle,

Pancreatic islet, Endothelial cells

* IP3 の生成：phospholipase C (PLC)

Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) → Inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3) + diacylglycerol (DG)

(1) G protein coupled receptor-mediated IP3 production

Gq/11 → subunit → PLC

Gi/o → subunit → PLC

(2) Receptor tyrosine kinase-mediated IP3 production

Phosphotyrosine – SH2 domain → PLC

Cleavage sites of PLA1,

PLA2, PLC, PLD

（４）Voltage-operated Ca2+ channels (VOC)：

HVA (High voltage-activated)：L, P/Q, N, R 型 LVA (Low voltage-activated)：T 型

（５）Store-operated Ca2+ channels (SOC)：

1. STIM1-Orai1 (Ca2+-selective channels) hematopoietic cells (T cells etc) etc

2. STIM1-TRPCs (non-selective cation channels) smooth m. endothelial cells, epithelial cells etc

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（６）Receptor-operated Ca2+ channels (ROC)：

Ligand-gated ion channels

2nd messenger-activated channels

４．蛋白質リン酸化反応

リン酸化 ： Protein-OH + ATP4- ⇄ Protein-O-PO32- + ADP3-・H+ （kinase）

脱リン酸化： Protein-O-PO32- + H2O ⇄ Protein-OH + PO4

3-・H＋ （phosphatase）

kinase phosphatase

Ser/Thr kinase Ser/Thr phosphatase

Tyr kinase Tyr phosphatase

Dual specific kinase Dual specific phosphatase

５．平滑筋の収縮機序

（１）横紋筋 vs. 平滑筋

収縮調節蛋白質 横紋筋 平滑筋

トロポニン C

トロポニン I

トロポニン T

カルモジュリン

MLCK

MLCP

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（２）平滑筋の収縮機構

electro-mechanical coupling

pharmaco-mechanical coupling

GPCR, G protein coupled receptor;   

ROC, receptor‐operated Ca2+ channels;   

VOC, voltage‐operated Ca2+ channels;   

SOC, store‐operated Ca2+ channels; 

PIP2, phosphatidylinositol 4,5‐bisphosphate; 

IP3, inositol 1,4,5‐trisphosphate;   

IP3R, IP3 receptor;   

RyR, ryanodine receptor;   

MLCK, myosin light chain kinase;   

MLCP, myosin light chain phosphatase;   

MLC20, 20 kDa myosin light chain, 

（３）平滑筋収縮装置のカルシウム感受性

Hirano, J Pharmacol Sci 104:109-115, 2007

略語の説明

[Ca2+]i, cytosolic Ca2+ concentrations; CPI-17, 17-kDa

PKC-potentiated inhibitory protein of type 1 protein phosphatase;

DAG, diacylglycerol; DMPK, myotonic dystrophy protein kinase;

GPCRs, G protein-coupled receptors; ILK, integrin-linked kinase;

IP3, inositol-1,4,5-trisphosphate; MLC20, 20-kDa regulatory

myosin light chain; MLCK, Ca2+-calmodulin-dependent myosin

light chain kinase; MLCP, myosin light chain phosphatase;

MYPT1, myosin phosphatase target subunit 1 of MLCP; M20,

20-kDa non-catalytic subunit of MLCP; PAK, p21-activated

protein kinase; PI3K-C2α, α isoform of the class II

phosphatidylinositol 3-kinase; PKC, protein kinase C; PKN,

protein kinase N; PLC, phospholipase C; PP1c, a catalytic subunit

of type 1 protein phosphatase; RhoGEF, GDP-GTP exchange

factor of RhoA; RhoK, Rho-kinase, representing two isoforms of

ROCKI and ROCK II; ZIPK, zipper-interacting protein kinase.