軸索輸送

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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。

図1 神経細胞における細胞内物質輸送
(Hirokawa et al.[2]より改変)

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

  1. Nobutaka Hirokawa, Yasuko Noda, Yosuke Tanaka, Shinsuke Niwa

    Kinesin superfamily motor proteins and intracellular transport.
    Nat. Rev. Mol. Cell Biol.: 2009, 10(10);682-96 [PubMed:19773780] [WorldCat.org] [DOI]

  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 Nobutaka Hirokawa, Shinsuke Niwa, Yosuke Tanaka

    Molecular motors in neurons: transport mechanisms and roles in brain function, development, and disease.
    Neuron: 2010, 68(4);610-38 [PubMed:21092854] [WorldCat.org] [DOI]

  3. 3.0 3.1 Sumio Terada, Masataka Kinjo, Makoto Aihara, Yosuke Takei, Nobutaka Hirokawa

    Kinesin-1/Hsc70-dependent mechanism of slow axonal transport and its relation to fast axonal transport.
    EMBO J.: 2010, 29(4);843-54 [PubMed:20111006] [WorldCat.org] [DOI]