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Signal transduction of smooth muscle contraction (2) CycLex Co., Ltd. All Rights Reserved. Smooth muscle contraction PKC Active form Inactive form p CPI-17 CPI-17 p p MLC20 Active form Rho kinase MBS PP1δ M21 MLCK Active form Rho kinase p Activate Rho-GTP p MLC20 PKC Inactive form Activate Ca2+ DAG IP3 eNOS Guanylate cyclase Rho GAP IP3 Receptor NO PLCγ Rho-GDP Gq Rho GEF CAM Inactive form MBS PP1δ M21 cGK Ca2+ GPCR Agonist PIP2 Signal transduction of smooth muscle contraction (1) CycLex Co., Ltd. All Rights Reserved. ・Noradrenaline ・Histamine ・Serotonin; 5-HT (5-hydroxytryptamine) ・Thromboxan A2 analog; U46619 ・Endtherine-1 ・Angiotensin II Vasoactive substance NO hANP G-coupled Receptor BNP, CNP 2+ Ca channel GTP G 12/1 p 115 Inctive Form Rho-GDP active form Rho-GTP ZIP-kinase MDCK, MRCK Rho kinase Ｐ T697 Ｐ S854 MBS Myosin Phosphatase MBS NO PP1δ cGK CNG channel Ca 2+ PLC Rho GEF Rho GEF Arachidonic acid SPC M21 PDE 3 Tyrosine kinase ？ Gq cGMP M21 PP1δ PIP 2 IP3 DAG CPI-17 Inctive Form [Ca2+]i ↑ PKC Rho kinase CAM・MLCK Ｐ S19 Ｐ T38 CPI-17 Active Form MLC 20 Inctive Form MLC 20 Acitive Form Actin Inctive Form Acitive Form [Ca2+]i ↓ Ｐ HSP20 Ｐ Guanylate cyclase telokin cGK telokin GTP cGK cGMP PDE HSP20 Smooth muscle contraction Smooth muscle relaxation Smooth muscle contraction 血管平滑筋の収縮機構 －－－RhoA/Rho kinaseを中心として ・神経伝達物質やホルモンなどの血管作動性物質は細胞膜７回貫通型G蛋白質共役型受容 体を介して作用する。 ◎アゴニストの受容体結合による血管収縮の今までの流れ アゴニストが受容体に作用 ↓三量体G蛋白質Gq/11を介しPLC、Ca２＋チャネルを活性化 ↓活性化PLCはPIP2を加水分解し、IP3とDAGが産生し、IP3により細胞内Ca2+貯蔵 プールからの Ca2+放出が引き起こされる ↓Ca2+チャネルの活性化により細胞内へのCa2+流入が増加 ↓急激な細胞内Ca2+濃度[Ca2+]iの上昇 ↓[Ca2+]iの上昇がカルモジュリン依存性ミオシン軽鎖キナーゼを介してMLC20をリン 酸化する ↓MLC20のリン酸化により、アクチンフィラメントとミオシンフィラメント間の相互作用が 可能になり、 収縮が開始する ◎アゴニストの受容体結合による血管収縮の最近の流れ 上記の流れに加え、[Ca2+]i上昇に対するMLC20リン酸化のCa2+感受性を高めることにより、 MLC20リン酸化と収縮を増強している。 この現象には、低分子量G蛋白質Rho, Rhoキナーゼが関与している。 Rho-Rhoキナーゼ-MLCホスファターゼ系によるCa2+感受性増加は、高血圧や冠動脈攣縮など の血管の病的異常収縮との関連も示唆されている。 ◎Rho-Rhoキナーゼ-MLCホスファターゼ系によるCa2+感受性の調節 ・[Ca2+]を固定した状態でα1アドレナリン受容体アゴニストのフェニレフリンを加えると平滑 筋の張力がさらに増大。 G蛋白質を不活化すると、その収縮の増強が完全に抑制される。 ↓ 平滑筋にはG蛋白質の活性化を介した収縮の増強機構が存在することが示唆される。 このG蛋白質はRhoである ・平滑筋においてRhoは、MLC20リン酸化レベルを上昇させることにより収縮の増強を もたらす ・MLC20リン酸化レベルは、リン酸化を触媒するMLCKと、脱リン酸化を触媒するホス ファターゼ の活性のバランスによって決まる。 ・Rhoはホスファターゼ活性を抑制することによりMLC20リン酸化レベルを上昇させる ・ミオシンフォスファターゼは130kDa触媒ユニット(PP1δ)、１30kDa調節サブユニット (MBS)、21kDa 調節サブユニット(M21)からなる。 MBSはミオシンフィラメントへの局在化に働いている。このMBSをRhoキナーゼがリ ン酸化し、ホ スファターゼ活性が抑制される。 Rho活性化 Rho活性化に対するチロ シンキナーゼ阻害剤（ゲニ スタイン）の影響 Ca2+濃度と感受性 三量体G蛋白質との共役 ノルアドレナリン ○ ヒスタミン ○ セロトニン ○ 抑制 抑制 抑制 トロンボキサ ンA2アナロ エンドセリン グ；U46619 ー１ ○ ○ 抑制 アンジオテン シンⅡ × 抑制されず [C a2+]i上昇作用 弱いが、M LC 20 のC a2+感受性を 高めることで、強 い持続的収縮を 引き起こす。 G 13(チロシンキ G 12(チロシンキ ナーゼ非依存性 ナーゼ依存性 R ho活性化) R ho活性化) [C a2+]i上昇と収 縮は一過性。 G q/11 (P LC 活性化) ◎Rho-Rhoキナーゼ-ミオシンホスファターゼ系と病態生理 ・この系は血管作動性アゴニストによる生理的な血管収縮と異常血管収縮に関与している。 ・Y-27632(Rhoキナーゼ阻害剤)は、高血圧症モデルラットの血圧を大きく低下させるが、正常ラッ トの血圧は低下させなかった。 ・自然発症高血圧ラット(SHR)は、対象ラットに比べて、血管組織でのMBS S854のリン酸化が亢 進していた。 ・自然発症高血圧ラット(SHR)は、HA-1077(Rhoキナーゼ阻害剤)で血管の過剰収縮や中膜肥厚、 血管周囲繊維化が抑制された。 ・クモ膜下出血後の脳動脈攣縮モデル動物や冠動脈攣縮モデル動物では、攣縮部位でMLC20お よびMBSリン酸化が亢進していて、 そのリン酸化と攣縮は、Y-27632やHA-1077で抑制さ れる。 ・血管内皮損傷後の狭窄モデルとして、バルーンにより損傷した後の頚動脈に形成される新生内 膜形成部でも、MLC20およびMBSリン酸化が亢進していて、Y-27632はこれらのリン酸化および 新生内膜形成を抑制した。 ↓ Rho-Rhoキナーゼ-ミオシンホスファターゼ系は、高血圧、攣縮、血管狭窄などの異常血管病変 の発症に関与していると考えられる。 ↓ Rhoキナーゼ抑制薬は、上記の治療に役だつ可能性が考えられる。 ◎MBSのリン酸化 ・Rhoにより活性化されたRhoキナーゼがMBSのリン酸化レベルを増加させ、ミオシンホスファターゼ活性 を 抑制することが、平滑筋収縮に重要な役割をはたしている。 ・しかし、刺激を受けていない弛緩状態の平滑筋細胞でもRhoキナーゼ活性は高く、MBSはかなりリン酸化 されている。 ・MBSをリン酸化する内因性のキナーゼは、Rhoキナーゼ以外に、ZIP様キナーゼ、筋ジストロフィープロテ インキナーゼ(MDPK)、MDPK-関連Cdc42結合キナーゼ(MRCK)がある。