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SCIENTIFIC AMERICAN May 2015

Cellular Small Talk

ギャップ結合 聞こえてきた細胞の会話

By Dale W. Laird /Paul D. Lampe/Ross G. Johnson D. W. レアード /P. D. ランペ/R. G. ジョンソン
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Like people who share news via Twitter, Facebook and LinkedIn, cells, too, make use of multiple modes of information exchange. Some send out hormones, which travel far and wide via the bloodstream; others emit neurotransmitters, which carry signals between one neuron and another. But virtually all cells, it turns out, network with their neighbors via extensive collections of channels that directly connect the inside of one cell with the inside of the next.  人々がツイッターやフェイスブック,リンクトインで情報を共有するように,細胞もまた様々な方法で情報を交換している。一部の細胞はホルモンを血流に乗せて遠くまで送るし,ニューロン(神経細胞)は神経伝達物質を放出して互いに情報を伝える。その一方で,ほぼすべての細胞は,自分の内部と隣の細胞の内部を直接つなぐ通路(チャネル)の集合体を通じて情報をやりとりしていることがわかっている。
Investigators got a dramatic glimpse of this form of cell-cell communication in the mid-1960s, when they injected fluorescent dye molecules into an individual cell amid a sea of closely packed cells. Peering through a microscope, they saw the fluorescence spread rapidly from one cell to the next until sometimes hundreds of cells in the tissue were aglow. Previous studies had suggested that ions could convey electrical signals between neighboring cells. But observing the spread of dye molecules, which are small but larger than ions, confirmed beyond a doubt that cells harbor channels through which molecules pass in abundance between adjacent cells.  このような細胞間コミュニケーションの存在をうかがわせる劇的な現象が観察されたのは1960年代半ばのことだった。密集した細胞の1つに注入された蛍光色素が細胞から細胞へと急速に広がり,ときには組織中の何百個もの細胞が光る様子が顕微鏡を通じて観察された。それまでの研究で,近隣の細胞間でイオンを介して電気信号が伝わることは示唆されていた。だが,小さいとはいえイオンよりも大きな色素分子の拡散が観察されたことによって,隣り合う細胞の間に大量の分子が通れるチャネルが存在することがはっきりした。
Biologists now know that these channels are everywhere. Collections of them occur in the tissues of all animals, including humans, where they participate in an extraordinary variety of functions. The collections, called gap junctions, help to synchronize the beating of muscle cells in the heart and the contraction of the uterus during childbirth. Gap junctions allow the eye to adjust to different levels of light. They even play a role in organ formation during embryonic development.  現在,これらのチャネルは至る所に存在することがわかっている。ヒトを含むすべての動物の組織にはこのチャネルの集合体があり,実に様々な機能を担っている。この集合体は「ギャップ結合」と呼ばれ,心筋細胞の拍動の同調や,出産時の子宮の収縮に役立っている。光の強度に応じて目を調節できるのもギャップ結合のおかげだ。ギャップ結合は発達中の胎児の器官形成にも関与している。
Over the past 20 years scientists have discovered that defects in the assembly or activity of gap junctions contribute to a range of human diseases, including hearing loss, cataracts, skin conditions, neurological disorders, heart disease and even certain cancers. A single mutation affecting a constituent protein of a gap junction in the inner ear accounts for hearing loss in up to 40 percent of individuals with inherited deafness. And new diseases linked to gap junctions are being discovered all the time—several in just the past few years, including a type of epilepsy that strikes children.  この20年間で,ギャップ結合の構造や機能の異常が,難聴や白内障,皮膚疾患,神経疾患,心疾患,それにある種のがんまで様々な疾患に関係していることがわかってきた。先天性難聴の原因の約40%は,内耳で働くギャップ結合の構成タンパク質の遺伝子に生じたたった1個の突然変異が原因となっている。ギャップ結合との関連が新たに判明した疾患は増え続け,ここ数年でも,ある種の小児てんかんなどいくつか見つかっている。
Now studies are providing exciting insights into how gap junctions are built, and they are beginning to reveal how disruption of gap junction assembly and activity precipitates disease. The findings should lead to new therapies for many disorders that result when cells can no longer share “inside” information.  ギャップ結合が形成される仕組みに関する興味深い知見が得られ,その構築と機能の異常がどのように病気を引き起こすのかが明らかになってきた。細胞が“内部”情報をやりとりできないために生じる様々な疾患に新たな治療法をもたらすだろう。