軸索輸送
近藤 誠、廣川 信隆
東京大学大学院医学系研究科
DOI：10.14931/bsd.789 原稿受付日：2012年3月14日 原稿完成日：2012年4月28日
担当編集委員：村上 富士夫（大阪大学 大学院生命機能研究科）
英語名：axonal transport
神経細胞の軸索は時に1mにも及ぶ細長い突起であるが、この軸索内ではタンパク質の合成がほとんど行われない。従って、軸索内及びシナプス領域で必要なほとんどのタンパク質は細胞体で合成された後、軸索の中を輸送される必要がある。この軸索内での物質輸送を軸索輸送と呼ぶ。軸索輸送では、モータータンパク質（キネシン、ダイニン）によって様々な膜小器官やタンパク質複合体が微小管に沿って両方向性に運ばれており、神経細胞の生存、形態形成および機能発現にとって基本的でかつ重要な役割を果たしている。軸索では、微小管の方向がそろっており、＋（プラス）端が軸索末端に、－（マイナス）端が細胞体に向いている。順向性輸送は微小管の＋端方向への輸送で、主にN-KIFs（N末にモーター領域を持つKIFs）によって行われる。一方、逆向性輸送は微小管の－端方向への輸送で、主に細胞質ダイニンによって行われる。軸索輸送には、大別して速い軸索輸送（50～400mm/day）と遅い軸索輸送（＜8mm/day）がある。膜小器官は速い軸索輸送によって運ばれるのに対し、細胞骨格タンパク質は遅い軸索輸送によって運ばれる[1] [2]。この速度の差は、細胞骨格タンパクなどが輸送の途中でモータータンパク質より解離し、細胞骨格に組み込まれ、一定時間後に細胞骨格の脱重合により再びモータータンパク質と結合し、輸送されることを繰り返す事に由来する。
速い軸索輸送
速い軸索輸送では、ミトコンドリアやシナプス小胞前駆体など、種々の膜小器官が運ばれている（図1）（表1）[2]。これらは、順行性、逆行性ともに、微小管に沿って輸送が行われている。順向性輸送は微小管の＋端方向への輸送で、細胞体から軸索末端に向かって、主にN-KIFsによって行われる。一方、逆向性輸送は微小管の－端方向への輸送で、軸索末端から細胞体に向かって、主に細胞質ダイニンによって行われる。KIFs及びそのカーゴ（荷物）については「キネシン」の項目を、細胞質ダイニンについては「ダイニン」の項目を参考にされたい。
表1 神経細胞におけるモータータンパク質とカーゴ （Hirokawa et al.[2]より改変）
| モータータンパク質 | 結合タンパク質 | カーゴまたは機能 |
| KIFs | ||
| KIF1A (C: Unc-104, D: Imac) | DENN/MADD (C: Aex-3) | シナプス小胞前駆体 |
| Liprin-α (C: Syd-2) | シナプス小胞前駆体 | |
| KIF1Bα | KBP | ミトコンドリア |
| KIF1Bβ (C: Unc-104, D: Imac) | DENN/MADD (C: Aex-3) | シナプス小胞前駆体 |
| KIF1Bβ | Liprin-α (C: Syd-2) | シナプス小胞前駆体 |
| 未同定 | mRNA | |
| KIF1C | KBP | ミトコンドリア? |
| KIF2A | 小胞 | |
| Microtubule depolymerizer | ||
| KIF3 | Fodrin | 細胞膜前駆体 |
| 未同定 | N-カドヘリン | |
| 未同定 | 電位依存性Kチャネル | |
| KIF4 | 未同定 | 膜オルガネラ |
| PARP-1 | 神経生存 | |
| KIF5 (C: Unc-116, D: KHC) | 未同定 | mRNA-タンパク質複合体 |
| KIF5 | FMRP | mRNA-タンパク質複合体 |
| JIP-1 (D: APLIP1) | 小胞 | |
| JIP-2 | 小胞 | |
| JIP-3 (C: Unc-16, D: Sunday Driver) | 小胞、ミトコンドリア? | |
| アミロイド前駆体タンパク質 | 小胞 | |
| シンタブリン | シンタキシン小胞 | |
| シンタブリン | ミトコンドリア | |
| Milton-Miro複合体 | ミトコンドリア | |
| GRIP | AMPA型グルタミン酸受容体小胞 | |
| Slp-Rab27B | TrkB小胞 | |
| HAP1 | GABAA受容体 | |
| Huntingtin | BDNF小胞 | |
| LIS1-NUDEL複合体 | DHC1 | |
| mNUDC | ダイナクチン複合体 | |
| MyosinVa | 小胞 | |
| Hsc70 | 遅い輸送小胞 | |
| KIF13B (GAKIN) | MAGUKs (D: discs large) | MAGUK小胞 |
| KIF13B | PIP3BP | PIP3小胞 |
| KIF17 | Mint | NR2B小胞 |
| KIF26A | Grb2 | GDNF-Retシグナルの抑制 |
| KIFC2 | 未同定 | 多胞体様の膜小器官 |
| Dyneins | ||
| DHC1 | LIS1-NUDEL | 神経細胞移動 |
| HAP1 | 脳由来神経栄養因子(BDNF)小胞 | |
| Gephyrin | グリシン受容体 | |
| Rab5エンドゾーム | ||
| RILP-Rab7 | NGF-TrkAシグナリングエンドゾーム | |
| RILP-Rab7? | p75, TrkB | |
| 神経栄養因子受容体 | 神経栄養因子受容体 | |
| Bassoon | アクティブゾーンタンパク質小胞 | |
略称: C, 線虫(C. elegans); D, ショウジョウバエ(D. melanogaster).
遅い軸索輸送
遅い軸索輸送では、チュブリン、アクチンやニューロフィラメントタンパク質などの細胞骨格タンパク質が運ばれており、軸索の伸長、維持にとって極めて重要である。遅い輸送には、KIF5によるHsc70を介した輸送が報告されている[3]。KIF5は軽鎖（KLC）を介して膜小器官に結合し速い輸送も行うが、Hsc70が軽鎖に結合することによって細胞骨格タンパクなどの細胞質タンパクと結合し、遅い輸送を行う[3]。
関連項目
参考文献
- ↑
Hirokawa, N., Noda, Y., Tanaka, Y., & Niwa, S. (2009).
Kinesin superfamily motor proteins and intracellular transport. Nature reviews. Molecular cell biology, 10(10), 682-96. [PubMed:19773780] [WorldCat] [DOI] - ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3
Hirokawa, N., Niwa, S., & Tanaka, Y. (2010).
Molecular motors in neurons: transport mechanisms and roles in brain function, development, and disease. Neuron, 68(4), 610-38. [PubMed:21092854] [WorldCat] [DOI] - ↑ 3.0 3.1
Terada, S., Kinjo, M., Aihara, M., Takei, Y., & Hirokawa, N. (2010).
Kinesin-1/Hsc70-dependent mechanism of slow axonal transport and its relation to fast axonal transport. The EMBO journal, 29(4), 843-54. [PubMed:20111006] [PMC] [WorldCat] [DOI]