エフリンの構造と機能

エフリンはエフリン受容体と対となり
細胞間の結合、シグナル伝達を誘導します。
エフリン受容体はclass IX(クラス9)の受容体型チロシンキナーゼです。
エフリン受容体は細胞外ドメインでエフリンと結合し、
2量体化することによって受容体が近接し、
細胞内ドメインが近接します、
2量体化した受容体はそれぞれが持つチロシン残基を
自己的にリン酸化します。
自己リン酸化(Autophosphorylation）はチロシン残基が2量体化するときに
ATPを引き付け、リン酸化されるプロセスです。
(参考文献(4) Figure 2)
リン酸化されるとRasGAP, NcK, LMW-PTPなどのタンパク質を引き付け、
細胞の増殖、細胞骨格形成による(神経)突起、
インテグリンとの相互作用など様々な細胞内経路を誘導します(1)。
こうしたリン酸化、脱リン酸化は
エフリン受容体の細胞内シグナル伝達の「オン」「オフ」機能に相当します。
--
エフリンは大分類としてはAサブクラスとBサブクラスに分かれます。
エフリンA(Ephrins A)
  (リガンド)Eprin-A1,2,3,4,5
  (受容体)EphAs-1,2,3,4,5,6,7,8,10
エフリンB(Ephrins B)
  (リガンド)Eprin-B1,2,3
  (受容体)EphBs-1,2,3,4,6
これらのサブタイプがどのような細胞種に発現が見られるか？
リガンド エフリンA
Ephrin-A1:神経細胞（ニューロン）内皮細胞　がん細胞（特に脳腫瘍、乳がん）
Ephrin-A2:神経細胞　網膜細胞　内皮細胞　肝細胞　骨髄系細胞
Ephrin-A3:神経細胞　内皮細胞　上皮細胞　がん細胞
Ephrin-A4:神経細胞　B細胞　内皮細胞
Ephrin-A5:神経細胞　網膜細胞　脂肪細胞　内皮細胞
受容体　エフリンA
EphA1:内皮細胞　平滑筋細胞　上皮細胞　がん細胞
EphA2:内皮細胞　上皮細胞　がん細胞（特に乳がん、肺がん）
EphA3:神経細胞　内皮細胞　骨髄系細胞　がん細胞
EphA4:神経細胞　筋細胞　内皮細胞　脳組織
EphA5:神経細胞　内皮細胞　がん細胞
EphA6:神経細胞　内皮細胞
EphA7:神経細胞　内皮細胞　肝細胞
EphA8:神経細胞　内皮細胞
EphA10:精巣細胞　がん細胞（特に乳がん）　エフリンB（Ephrins B）
リガンド　エフリンB
Ephrin-B1:神経細胞　上皮細胞　内皮細胞　がん細胞
Ephrin-B2:神経細胞　血管平滑筋細胞　内皮細胞　骨髄系細胞　上皮細胞
Ephrin-B3:神経細胞　上皮細胞　内皮細胞　骨髄系細胞
受容体
EphB1:神経細胞 内皮細胞 上皮細胞 筋細胞
EphB2:神経細胞 内皮細胞 上皮細胞 骨髄系細胞 がん細胞（特に大腸がん）
EphB3:神経細胞 内皮細胞 上皮細胞 骨髄系細胞
EphB4:内皮細胞 血管平滑筋細胞 上皮細胞 骨髄系細胞
EphB6:T細胞 内皮細胞 上皮細胞
従って、エフリン-エフリン受容体は神経細胞に広く発現が見られます。
エフリン受容体のアダプタータンパク質は
(アダプタータイプ)SH2 domain
Nck, RasGAP, Fyn, Src, Yes, Src-like adaptor protein(SLAP)
p85-Pl3K, Grb2, Grb10, Abl/Arg, SHEP1, Crk
(アダプタータイプ)DH-PH region
Ephein
(アダプタータイプ)PDZ domain
Syntenin, Pick1, Grip, AF-6
エフリンリガンドは
(アダプタータイプ)SH2 domain
Src/Fyn/Yes, Fyn, Grb4
(アダプタータイプ)PDZ domain
Syntenin, Pick1, Grip. Grip2, FAP-1, PDZ-RGS, PHIP, PTP-BL
(参考文献(1) Table 1)
それぞれのアダプタータンパク質の機能(概略)は
SH2ドメインを持つアダプタータンパク質
Nck
機能: アクチンフィラメントの再構築を調節することで細胞の形状変化や移動に関与します。Nckは主に細胞の接着や突起形成に関与します。
RasGAP
機能: RasGAPはRasGTPaseの活性を調節し、Ras経路を抑制することによって細胞増殖や分化に影響を与えます。
Fyn
機能: Srcファミリーのチロシンキナーゼで、細胞接着やシグナル伝達の調節に関与します。エフリン受容体との相互作用を通じて細胞突起形成を調節します。
Src
機能: SrcもSrcファミリーのチロシンキナーゼで、細胞の移動や形状変化を調節するほか、細胞内のシグナル伝達経路を調整します。
Yes
機能: Srcファミリーの一員で、細胞接着や成長因子シグナル伝達に関与します。
Src-like adaptor protein (SLAP)
機能: Srcファミリーのチロシンキナーゼと相互作用し、細胞内シグナル伝達を調整します。SLAPは主に細胞接着や移動に関与します。
p85-PI3K
機能: PI3K（Phosphoinositide 3-kinase）の調節サブユニットで、細胞の成長や生存に関与します。p85はPI3Kの活性化とシグナル伝達に関与します。
Grb2
機能: Grb2（Growth factor receptor-bound protein 2）は、細胞増殖や分化に関与するシグナル伝達経路を調節します。Grb2はShcやSosと結合し、Ras経路を活性化します。
Grb10
機能: Grb10は細胞増殖やインスリンシグナル伝達を調節し、さまざまなシグナル伝達経路に関与します。
Abl/Arg
機能: AblおよびArgはチロシンキナーゼで、アクチンフィラメントの動態や細胞運動に関与します。これらのタンパク質は細胞骨格の再構築に寄与します。
SHEP1
機能: SHEP1（SH2-domain-containing Erythrocyte Protein 1）は、細胞接着や形状変化に関与するシグナル伝達に関与します。
Crk
機能: CrkはSH2およびSH3ドメインを持ち、細胞の移動や接着に関与するシグナル伝達経路を調節します。
DH-PHドメインを持つアダプタータンパク質
Ephexin
機能: EphexinはRhoファミリーのGTPアーゼ（Rho、Rac、Cdc42など）を活性化し、アクチンフィラメントの再構築や細胞運動に関与します。
PDZドメインを持つアダプタータンパク質
Syntenin
機能: Synteninは細胞の接着複合体と相互作用し、細胞接着やシグナル伝達を調節します。主に細胞の形状変化に関与します。
Pick1
機能: Pick1はアクチンの動態を調節し、細胞内の小胞輸送やシグナル伝達に関与します。
Grip
機能: Gripは細胞のシグナル伝達や細胞内の小胞輸送に関与するPDZドメインを持つタンパク質です。
AF-6
機能: AF-6は細胞接着複合体と結合し、細胞の形状や接着を調節します。
Grip2
機能: Grip2はアクチンの動態や細胞接着に関与します。
FAP-1
機能: FAP-1はフォスファターゼで、細胞接着やシグナル伝達の調節に関与します。
PDZ-RGS
機能: PDZ-RGSはGタンパク質のリガンドと相互作用し、シグナル伝達経路を調節します。
PHIP
機能: PHIPはPDZドメインを持ち、細胞内のシグナル伝達や細胞接着に関与します。
PTP-BL
機能: PTP-BL（Protein Tyrosine Phosphatase-BL）はタンパク質チロシンホスファターゼで、細胞のシグナル伝達や接着を調節します。
このようになっています。
次に、一つ一つのアダプタータンパク質とエフリンの関係についてそれぞれ明示します。
Nck、RasGaP:
エフリン受容体Bのアダプタータンパク質である
SH2 domain–containing adaptor protein B (Shb)エフリン受容体の
Tyr297、Tyr246、Tyr336のリン酸化されることでNck,RasGAPとの結合が促進されます。
Nckは腎臓のポドサイトのアクチン細胞骨格に作用することが知られています(8)。
Nckがノックアウトされることはアクチンの形成を阻害しますが、
Nckが具体的に細胞の突起形成の促進因子なのか抑制因子なのか?
いくつかの報告では細胞の突起であるfilopodiaを誘導します(9)。
Fyn：
FynはエフリンA-GPIアンカーに作用し、細胞膜を改変します。
その細胞膜のスフィンゴミエリンを亢進させる事で
細胞膜表面のエフリンAリガンドを減少させます(10)。
従って、FynはエフリンAのアダプタータンパク質で
エフリンAそのものの活性を抑制する因子です。
SLAP:
SLAPがSRCの基質およびEPHA2の安定性を低下させることにより、
SRC/EPHA2/AKTシグナル伝達経路全体の活性が抑制されます(11)。
従って、SLAPは自身がエフリンA2に結合する事で
エフリンの機能を抑制する働きがあります。
p85-PI3K：
これはエフリンA2受容体に結合できます(12)。
PIP3はさらに下流のシグナル伝達分子（例: AKT）を活性化し、
細胞生存、成長、移動などを調節します。
p85はPL3Kの構造の一部である調整ユニットとして働き、
同じく構造の一部である触媒ユニットp110を調整してPl3Kの生成を促します。
従って、これらが複合体として結合する事は
Pl3Kの下流シグナルを誘導することになります。
Abl/Arg:
エフリンとのこれらのアダプタータンパク質の効果がどのようか？
例えば、エフリン受容体にAbl/Argの結合によってAbl/Argが誘導する
下流の細胞骨格、細胞の変形に影響を与える経路を活性化させるのか？
あるいは、それを抑制するのか？
参考文献(1)ではエフリン受容体のリン酸化はこれらのアダプタータンパク質の
機能を抑制するとありますが、
その効果はこのように単一的ではない可能性があります(13)。
SHEP1：
RasファミリーGTPase、scaffolding protein Crk-associated substrate (Cas)
これらと結合、複合体を形成します(14)。
CasとSHEP1の複合体がRasファミリーGTPase（例えばRacやCdc42）を誘導、リクルートし、
これらのGTPaseが活性化されます。
これにより、細胞骨格の再構築や細胞運動が調節されます。
Crk:
これは血管内皮細胞を波立たせる、焦点結合をすることに貢献します。
エフリンB1を通じて行われます(15)。
Syntenin:
エフリンB1,B2とクラスター化し、つまりアダプタータンパク質として結合し、
プレシナプス発達に関与します(16)。
Pick1：
Pick1はカドヘリンなどの接着結合のアダプタータンパク質として
細胞同士の接着を促進する効果があります。
このPick1はエフリンB1のアダプタータンパク質でもあり、
このエフリンB1を通じて、複合的機能として接着接合を支持し、
細胞同士の接着に関与します(17)。
GRIP1：
エフリンB3と結合し、平滑筋細胞の収縮性に細胞骨格を通じて関与し、
血圧の調整因子となります(18)。
PDZ-RGS：
このアダプタータンパク質はRGSの機能を調整します(19)。
具体的にはGタンパク質共役受容体と相互作用し、Gタンパク質の機能を調節します。
Gタンパク質は細胞内の重要な機能に関わっています。
(cAMP経路)
グルコース代謝の調節（例: 糖新生や糖原分解）
心拍数の増加（例: β1アドレナリン受容体による心臓の収縮力の増加）
神経伝達物質の放出調節（例: ドーパミン放出の調節）
(ホスホリパーゼC（PLC）経路)
細胞内カルシウム濃度の調節（例: 筋収縮や細胞の活性化）
細胞の増殖や分化の調節
免疫応答や血小板の活性化
(Ras/MAPK経路)
細胞増殖、分化、転写調節
がんや発生の調節
(PI3K/Akt経路)
細胞の生存、成長、代謝調節
アポトーシスの抑制
インスリンの作用（例: グルコースの取り込みや代謝）
(イオンチャネル経路)
神経伝達の調節（例: 神経の発火頻度の調節）
心臓のペースメーカー機能の調節
PTP-BL：
脱リン酸化酵素PTP-BLはPDZドメインを含み、
細胞内経路においてSFK依存からPDZ依存にスイッチします(20)。
これはエフリンBのリン酸化を通じて生じます。
このSFK依存からPDZ依存に変わることで
移動性ある状態から、静止状態、固定状態に移行します。
--
(エフリンリガンドA)
〇細胞外ドメイン：Eph binding domain (A)
〇細胞内ドメイン：GPI anchor (短い)
(エフリンリガンドB)
〇細胞外ドメイン：Eph binding domain (B)
〇細胞内ドメイン：Cytoplasmic region / PDZ binding region
(参考文献(2) Figure 1)
(エフリン受容体)
(1)細胞外ドメイン(先端側から)
・Globular domain
・Cysteine rich region 
・Fibronectin-typeⅢ repeat (2回))
(2)Transmembrane region
(3)細胞内ドメイン(細胞膜側から)
・Juxtamembrane region　(チロシン残基あり)
・Kinase domain (チロシン残基あり)
・SAM domain
・PDZ binding motif
(参考文献(1) Figure 1)
このような構造となっており、
エフリン受容体のサブクラスA、Bの構造の違いは
Globular domain、Juxtamembrane region、Kinase domain 
SAM domain、PDZ binding motif
これらなど複数に及びますが、
ドメイン構造の組み合わせは一致しています。
--
エフリンは結合が開始されると2量体化、多量体化が促進されます。
(参考文献(2) Figure 1)
このような多量体化は複数の信号伝達タンパク質を集合させる機序と
エフリン受容体とアダプタータンパク質両方の
構造の安定化につながるので信号の強度、持続性が高まると考えられます。
このようなエフリンの多量体化に関与するドメインは
上述した細胞質ドメインの最もCターミナル端子に近いSAMドメインです。
このSAMドメインは同じSAMドメインとシス結合する事ができます。
このエフリンは上皮細胞に発現が見られ、
細胞の増殖や細胞の変形などに関わる細胞骨格のリモデリングを誘導するので
柔軟な組織形成に関与します。
従って、臓器、組織の区画(Tissue-border formation)を形成する働きがあります。
内皮細胞でも見られるため、同じような機序で血管新生に関わります。
神経細胞で広く発現が見られるため、
形の制御に関わる細胞骨格のリモデリングに関わる事から、
軸索ガイダンスやシナプス形成に関わります。
エフリン受容体が細胞骨格のリモデリングを誘導する機序の中の一つである
Ephexinというたんぱく質をKinase domainに誘導し、
Rho、Cdc42、Rac。
これら細胞骨格のリモデリング、突起形成に関わる信号経路に関与する事で生じます。
Rhoは細胞骨格の整列に関わるため、
細胞の形を平坦化する事に貢献しますが、
Ephexinはチロシンリン酸化によってRhoの活性化し、
一方、突起を形成するCdc42、Racを抑制します。
従って、細胞の突起形成の抑制因子です。
この細胞突起形成は神経細胞で言えば、軸索の伸張に関わります。
こうした突起形成のためには
アクチンなどの細胞骨格の重合体化、
あるいは突起刈取りのためには細胞骨格の脱重合体化が必要です。
Ablキナーゼはエフリン受容体のアダプタータンパク質酵素ですが、
これは細胞骨格の重合体化、脱重合体化にそれぞれ関わる
ProfilinとCofilinを共にリン酸化し、
細胞骨格の重合度、長さを調整する事に間接的に関与します。
エフリン受容体はこのAblの機能も抑制します。
また、上皮細胞、内皮細胞でいえば、
こうした突起、フィロポディア (Filopodia)、ラメロポディア (Lamellipodia)は
細胞の並進運動、locomotionに関わります(3)。
こうした運動は組織を伸張していく際に必須であるため、
エフリン受容体の活性化は細胞の運動性を高め、組織形成に関与し、
そのブレーキ役(抑制因子)として働く可能性があります。
それに加えて
細胞骨格の形成や神経突起に関わる
ERK/MAPK経路の負の制御因子(抑制因子)です。
RAS/MAPK経路の抑制(5)はEPK/MAPK経路の抑制に関与します。
このRASはインテグリン活性を支持するので、
間接的にインテグリン活性化の抑制因子として機能します(6)。
ただし、エフリン受容体のインテグリン活性への作用は画一的ではありません。
LMW-PTP, NcK, Pl3Kを通じてインテグリンを活性化させる事もあります(7)。
このような個別のエフリンのアダプタータンパク質の機能は
上に詳しく述べました。
まとめると、エフリンは非常に多様な機序で細胞骨格に構築に影響を与えます。
細胞の突起形成を促進する場合もあれば、抑制する場合もあります。
それはエフリンの型、作用するアダプターたんぱく質によって変わります。

エフリン、以上。

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