液-液相分離 - 版の履歴

WikiSysop: /* 残された課題 */

2025-03-19T13:24:45Z

残された課題

← 古い版		2025年3月19日 (水) 22:24時点における版
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	== 残された課題 ==		== 残された課題 ==
	細胞内では[[DNA]]の[[修復]]や、[[遺伝子]]の[[転写]]、タンパク質への[[翻訳]]、[[シグナル伝達]]の制御、[[自然免疫]]の応答、機能の区画化や基質の貯蔵、環境の変化への応答など、生命科学においても重要な機能が液-液相分離と関連していることが2019年頃までに次々に明らかにされてきてきた<ref name=~~Fiddian-Green1975><pubmed~~>2019<~~/pubmed~~></ref>。その結果、[[翻訳後修飾]]のようにごくわずかな[[化学修飾]]がなぜ遺伝子の転写などの生命現象を引き起こすのか、なぜ危険なプリオンが種を超えて存在しているのか、固有の構造を形成しない天然変性領域を持つ天然変性タンパク質がなぜこれだけたくさん存在するのか、細胞内にはATPがなぜmMのオーダーで存在しているのか、代謝の連続的な反応はどのように生じるのかなど、分子を研究するだけでは理解が困難だった現象に対して解答を与えられるようになった<ref name=~~Fiddian-Green1975~~ />。		細胞内では[[DNA]]の[[修復]]や、[[遺伝子]]の[[転写]]、タンパク質への[[翻訳]]、[[シグナル伝達]]の制御、[[自然免疫]]の応答、機能の区画化や基質の貯蔵、環境の変化への応答など、生命科学においても重要な機能が液-液相分離と関連していることが2019年頃までに次々に明らかにされてきてきた<ref name=白木2019>'''白木賢太郎 (2019).'''<br>『相分離生物学』東京化学同人</ref>。その結果、[[翻訳後修飾]]のようにごくわずかな[[化学修飾]]がなぜ遺伝子の転写などの生命現象を引き起こすのか、なぜ危険なプリオンが種を超えて存在しているのか、固有の構造を形成しない天然変性領域を持つ天然変性タンパク質がなぜこれだけたくさん存在するのか、細胞内にはATPがなぜmMのオーダーで存在しているのか、代謝の連続的な反応はどのように生じるのかなど、分子を研究するだけでは理解が困難だった現象に対して解答を与えられるようになった<ref name=白木2019 />。

	これから生命科学の液-液相分離の研究を進めるにあたり、計測機器の発展と、既存の理論との整合が期待される<ref name=~~Gardos1976><pubmed~~>2021<~~/pubmed~~></ref>。これまでの生命科学は、分子を対象とした研究が主流であり、タンパク質の立体構造を高精度に測定し、どのような分子種が細胞内に存在するのかを網羅的に分析するという手法が発達してきた。一方、今後は分子集合物をターゲットにした計測手法や、細胞の中にある分子の非破壊での計測手法の開発が期待されている。現在、細胞内の液-液相分離の研究で最も広く使われている計測技術は、[[蛍光タンパク質]]ラベルによる[[超高解像度蛍光顕微鏡]]での観察だが、非染色・非破壊で計測できる[[ラマン散乱法]]や[[赤外分光法]]などの計測技術の技術革新が期待される。		これから生命科学の液-液相分離の研究を進めるにあたり、計測機器の発展と、既存の理論との整合が期待される<ref name=白木2021>'''白木賢太郎編 (2021).'''<br>『相分離生物学の全貌』東京化学同人</ref>。これまでの生命科学は、分子を対象とした研究が主流であり、タンパク質の立体構造を高精度に測定し、どのような分子種が細胞内に存在するのかを網羅的に分析するという手法が発達してきた。一方、今後は分子集合物をターゲットにした計測手法や、細胞の中にある分子の非破壊での計測手法の開発が期待されている。現在、細胞内の液-液相分離の研究で最も広く使われている計測技術は、[[蛍光タンパク質]]ラベルによる[[超高解像度蛍光顕微鏡]]での観察だが、非染色・非破壊で計測できる[[ラマン散乱法]]や[[赤外分光法]]などの計測技術の技術革新が期待される。

	理論としては、細胞内に起こるいわゆる生物学的な液-液相分離が、試験管の中で観察できるポリマーなどの液-液相分離とどのような点で類似しており、どのような点で相違するのかについて、まだ明確でない点が多い。液-液相分離が起こることによってタンパク質がどのように活性化されたり不活化されたりするのか、または基質となる物質の蓄積がタンパク質の機能にどのような影響を及ぼすのかについても、明確には理解されていない。		理論としては、細胞内に起こるいわゆる生物学的な液-液相分離が、試験管の中で観察できるポリマーなどの液-液相分離とどのような点で類似しており、どのような点で相違するのかについて、まだ明確でない点が多い。液-液相分離が起こることによってタンパク質がどのように活性化されたり不活化されたりするのか、または基質となる物質の蓄積がタンパク質の機能にどのような影響を及ぼすのかについても、明確には理解されていない。

2025年3月19日 (水) 12:29にWikiSysopによる

2025-03-19T12:29:26Z

← 古い版		2025年3月19日 (水) 21:29時点における版
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	{{box\|text=　液-液相分離は液体が2つの相に分かれる現象のことをいう。最近では細胞内にあるタンパク質の集合物が液-液相分離によって形成された液滴（ドロプレット）であるという発見が相次いでおり、生命科学と溶液化学の境界領域に新たな研究分野が広がっている。}}		{{box\|text=　液-液相分離は液体が2つの相に分かれる現象のことをいう。最近では細胞内にあるタンパク質の集合物が液-液相分離によって形成された液滴（ドロプレット）であるという発見が相次いでおり、生命科学と溶液化学の境界領域に新たな研究分野が広がっている。}}

	[[ファイル:Shiraki 液-液相分離 Fig1.png\|サムネイル\|'''図1 タンパク質を混合したときにできる液滴（ドロプレット）'''<br>50 µMの卵白リゾチームおよび125 µMのオボアルブミンを50 mM Tris緩衝液（pH 7）中で混合したときに形成できる液滴。]]
	==液-液相分離と生命現象==		==液-液相分離と生命現象==

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	生命科学の分野では、[[ストレス顆粒]]や[[生殖顆粒]]、核小体などのMLOsが液-液相分離によるものであるとされている<ref name=Brangwynne2013 />。しかし、このような名前が付けられている明確な細胞内構造物だけでなく、一時的に形成されるもっと小さな液-液相分離による集合物も存在するとされ、細胞内でのタンパク質の動的な振る舞いを統合するメカニズムとして注目されている<ref name=Banani2017><pubmed>28225081</pubmed></ref>。また、異常な液-液相分離がタンパク質凝集を引き起こし、[[筋萎縮性側索硬化症]]や[[パーキンソン病]]などの[[神経変性疾患]]の原因となる可能性が示唆されている<ref name=Shin2017><pubmed>28935776</pubmed></ref>。		生命科学の分野では、[[ストレス顆粒]]や[[生殖顆粒]]、核小体などのMLOsが液-液相分離によるものであるとされている<ref name=Brangwynne2013 />。しかし、このような名前が付けられている明確な細胞内構造物だけでなく、一時的に形成されるもっと小さな液-液相分離による集合物も存在するとされ、細胞内でのタンパク質の動的な振る舞いを統合するメカニズムとして注目されている<ref name=Banani2017><pubmed>28225081</pubmed></ref>。また、異常な液-液相分離がタンパク質凝集を引き起こし、[[筋萎縮性側索硬化症]]や[[パーキンソン病]]などの[[神経変性疾患]]の原因となる可能性が示唆されている<ref name=Shin2017><pubmed>28935776</pubmed></ref>。
			[[ファイル:Shiraki 液-液相分離 Fig1.png\|サムネイル\|'''図1 タンパク質を混合したときにできる液滴（ドロプレット）'''<br>50 µMの卵白リゾチームおよび125 µMのオボアルブミンを50 mM Tris緩衝液（pH 7）中で混合したときに形成できる液滴。]]
	== 原理 ==		== 原理 ==
	液-液相分離は[[熱力学的]]な現象であり、水と油の混合や、2種類のタンパク質溶液の混合、2種類の高分子溶液の混合、塩溶液と高分子溶液の混合、低分子溶液と高分子溶液の混合など、多様な組み合わせによって生じる。		液-液相分離は[[熱力学的]]な現象であり、水と油の混合や、2種類のタンパク質溶液の混合、2種類の高分子溶液の混合、塩溶液と高分子溶液の混合、低分子溶液と高分子溶液の混合など、多様な組み合わせによって生じる。
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	ATPとポリリン酸の相図の概略を'''図2B'''に示す<ref name=Nobeyama2023 />。[[カチオン]]が存在するときのATPとポリリン酸の相図は島のような形になり、島の内側はATPとポリリン酸が高濃度含まれた液滴が観察されるが、島の外側は相分離しない領域になる。相図を見ると明らかなように、ポリリン酸をある一定の濃度に固定したとき、ATPの濃度を増加させていくとある濃度以上で液-液相分離が生じて液滴が観察されるが、さらにATPを加えていくと意外にもふたたび単一相になる。ATPとポリリン酸のように、互いに親和性のある成分が相互作用して液-液相分離が生じる現象を[[会合的相分離\|会合的（associative）相分離]]という。		ATPとポリリン酸の相図の概略を'''図2B'''に示す<ref name=Nobeyama2023 />。[[カチオン]]が存在するときのATPとポリリン酸の相図は島のような形になり、島の内側はATPとポリリン酸が高濃度含まれた液滴が観察されるが、島の外側は相分離しない領域になる。相図を見ると明らかなように、ポリリン酸をある一定の濃度に固定したとき、ATPの濃度を増加させていくとある濃度以上で液-液相分離が生じて液滴が観察されるが、さらにATPを加えていくと意外にもふたたび単一相になる。ATPとポリリン酸のように、互いに親和性のある成分が相互作用して液-液相分離が生じる現象を[[会合的相分離\|会合的（associative）相分離]]という。

	[[リゾチーム]]と[[オボアルブミン]]~~の相図の概略を図2Cに示す~~<ref name=Nobeyama2024 />。この相図はATPとポリリン酸の相図に似ており、リゾチームとオボアルブミンは親和性があるために液-液相分離が生じる。液-液相分離が生じたときの濃厚相には、'''図1'''にみられるように液滴のような形状になることが多い。また、低濃度のリゾチームと高濃度のオボアルブミンの領域では、液滴ではなく不定形の凝集体が観察される。タンパク質の凝集体の形成はふつう不可逆であり、イオンを加えたり温度を上げたりしても溶けないことが多い。		[[リゾチーム]]と[[オボアルブミン]]の相図の概略を'''図2C'''に示す<ref name=Nobeyama2024 />。この相図はATPとポリリン酸の相図に似ており、リゾチームとオボアルブミンは親和性があるために液-液相分離が生じる。液-液相分離が生じたときの濃厚相には、'''図1'''にみられるように液滴のような形状になることが多い。また、低濃度のリゾチームと高濃度のオボアルブミンの領域では、液滴ではなく不定形の凝集体が観察される。タンパク質の凝集体の形成はふつう不可逆であり、イオンを加えたり温度を上げたりしても溶けないことが多い。

	相分離は他にもさまざまな種類がある。[[ブロックコポリマー]]などの高分子で見られる、ナノメートルからマイクロメートルスケールで生じる相分離を[[ミクロ相分離]]という<ref name=Leibler1980>'''Leibler, L. (1980).'''<br>Theory of microphase separation in block copolymers. Macromolecules, 13(6), 1602-1617.</ref>。ミクロ相分離は通常のマクロ相分離とは異なり、完全に相分離せず、特定のナノ構造を形成するのが特徴である。		相分離は他にもさまざまな種類がある。[[ブロックコポリマー]]などの高分子で見られる、ナノメートルからマイクロメートルスケールで生じる相分離を[[ミクロ相分離]]という<ref name=Leibler1980>'''Leibler, L. (1980).'''<br>Theory of microphase separation in block copolymers. Macromolecules, 13(6), 1602-1617.</ref>。ミクロ相分離は通常のマクロ相分離とは異なり、完全に相分離せず、特定のナノ構造を形成するのが特徴である。
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	液滴は流動性を持つことが特徴である。観察対象の顆粒状タンパク質集合物が液滴であるかを判別するには、接触時に融合するかどうかを確認するのが簡便である。液滴の中には、1秒もあれば完全に融合してしまうほど柔らかいものも存在する<ref name=Sakakibara2023><pubmed>37291907</pubmed></ref>。一方で、接触しても融合しない場合、その集合物は液滴ではなく凝集体であると判断できる。		液滴は流動性を持つことが特徴である。観察対象の顆粒状タンパク質集合物が液滴であるかを判別するには、接触時に融合するかどうかを確認するのが簡便である。液滴の中には、1秒もあれば完全に融合してしまうほど柔らかいものも存在する<ref name=Sakakibara2023><pubmed>37291907</pubmed></ref>。一方で、接触しても融合しない場合、その集合物は液滴ではなく凝集体であると判断できる。

	液滴の流動性を定量する方法として、[[光褪色後蛍光回復法]]（[[fluorescence recovery after photobleaching]], [[FRAP]]）が広く用いられている<ref name=Sprague2005><pubmed>15695095</pubmed></ref>。この手法では、液滴の一部分にレーザーを照射して蛍光を褪色させ、その後の蛍光回復速度から分子の流動性を計測する。細胞内の液滴では、蛍光の回復が秒から分のオーダーの現象として観察されることが多い。ただし、観察対象が液体の性質を持つのか、固体に近い性質を持つのかを蛍光回復の速度論的解析だけで判断するのは難しいとの見解もあり<ref name=McSwiggen2019><pubmed>31594803</pubmed></ref>、慎重な解釈が求められる。		液滴の流動性を定量する方法として、[[光褪色後蛍光回復法]]（[[fluorescence recovery after photobleaching]], [[FRAP]]）が広く用いられている<ref name=Sprague2005><pubmed>15695095</pubmed></ref>。この手法では、液滴の一部分にレーザー光を照射して蛍光を褪色させ、その後の蛍光回復速度から分子の流動性を計測する。細胞内の液滴では、蛍光の回復が秒から分のオーダーの現象として観察されることが多い。ただし、観察対象が液体の性質を持つのか、固体に近い性質を持つのかを蛍光回復の速度論的解析だけで判断するのは難しいとの見解もあり<ref name=McSwiggen2019><pubmed>31594803</pubmed></ref>、慎重な解釈が求められる。

	== タンパク質の液-液相分離 ==		== タンパク質の液-液相分離 ==

WikiSysop: /* 液-液相分離と生命現象 */

2025-03-19T11:36:21Z

液-液相分離と生命現象

← 古い版		2025年3月19日 (水) 20:36時点における版
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	{{box\|text=　液-液相分離は液体が2つの相に分かれる現象のことをいう。最近では細胞内にあるタンパク質の集合物が液-液相分離によって形成された液滴（ドロプレット）であるという発見が相次いでおり、生命科学と溶液化学の境界領域に新たな研究分野が広がっている。}}		{{box\|text=　液-液相分離は液体が2つの相に分かれる現象のことをいう。最近では細胞内にあるタンパク質の集合物が液-液相分離によって形成された液滴（ドロプレット）であるという発見が相次いでおり、生命科学と溶液化学の境界領域に新たな研究分野が広がっている。}}

			[[ファイル:Shiraki 液-液相分離 Fig1.png\|サムネイル\|'''図1 タンパク質を混合したときにできる液滴（ドロプレット）'''<br>50 µMの卵白リゾチームおよび125 µMのオボアルブミンを50 mM Tris緩衝液（pH 7）中で混合したときに形成できる液滴。]]
	==液-液相分離と生命現象==		==液-液相分離と生命現象==

WikiSysop: /* 液-液相分離と相図 */

2025-03-19T11:34:28Z

液-液相分離と相図

← 古い版		2025年3月19日 (水) 20:34時点における版
32行目:		32行目:
	液-液相分離は主に2つの原理によって生じる。核生成と成長（nucleation and growth）では、[[過飽和]]状態から相分離がはじまる。最初に一定のエネルギー障壁を超えて、小さな液滴が形成される。この核は一定のサイズを超えないと分解してしまうが、それ以上になった核が、周囲の分子を取り込みながら大きくなる。一方、[[スピノーダル分解]]（[[Spinodal decomposition]]）では、熱力学的に不安定な状態から微小な濃度ゆらぎが自発的に増幅されて、相分離が進行する。核生成のエネルギー障壁が存在しないため、全体的に均一な構造からネットワーク状の構造へと分離が起こる。		液-液相分離は主に2つの原理によって生じる。核生成と成長（nucleation and growth）では、[[過飽和]]状態から相分離がはじまる。最初に一定のエネルギー障壁を超えて、小さな液滴が形成される。この核は一定のサイズを超えないと分解してしまうが、それ以上になった核が、周囲の分子を取り込みながら大きくなる。一方、[[スピノーダル分解]]（[[Spinodal decomposition]]）では、熱力学的に不安定な状態から微小な濃度ゆらぎが自発的に増幅されて、相分離が進行する。核生成のエネルギー障壁が存在しないため、全体的に均一な構造からネットワーク状の構造へと分離が起こる。

			[[ファイル:Shiraki 液-液相分離 Fig2.png\|サムネイル\|'''図2. 2種類の物質を混合したときの相図のイメージ図'''<br>A. デキストランとポリエチレングリコール。<br>B. ATPとポリリン酸。<br>C. オボアルブミンとリゾチーム]]
	== 液-液相分離と相図 ==		== 液-液相分離と相図 ==

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	相分離は他にもさまざまな種類がある。[[ブロックコポリマー]]などの高分子で見られる、ナノメートルからマイクロメートルスケールで生じる相分離を[[ミクロ相分離]]という<ref name=Leibler1980>'''Leibler, L. (1980).'''<br>Theory of microphase separation in block copolymers. Macromolecules, 13(6), 1602-1617.</ref>。ミクロ相分離は通常のマクロ相分離とは異なり、完全に相分離せず、特定のナノ構造を形成するのが特徴である。		相分離は他にもさまざまな種類がある。[[ブロックコポリマー]]などの高分子で見られる、ナノメートルからマイクロメートルスケールで生じる相分離を[[ミクロ相分離]]という<ref name=Leibler1980>'''Leibler, L. (1980).'''<br>Theory of microphase separation in block copolymers. Macromolecules, 13(6), 1602-1617.</ref>。ミクロ相分離は通常のマクロ相分離とは異なり、完全に相分離せず、特定のナノ構造を形成するのが特徴である。

	相分離が進むときに[[粘弾性効果]]によってネットワーク状構造など異常な形態が形成されることがある。このような相分離を[[粘弾性相分離\|粘弾性（Viscoelastic）相分離]]という<ref name=Tanaka2000>Tanaka, H. (2000).<br>Viscoelastic phase separation. Journal of Physics: Condensed Matter, 12(15), R207.</ref>。		相分離が進むときに[[粘弾性効果]]によってネットワーク状構造など異常な形態が形成されることがある。このような相分離を[[粘弾性相分離\|粘弾性（Viscoelastic）相分離]]という<ref name=Tanaka2000>'''Tanaka, H. (2000).'''<br>Viscoelastic phase separation. Journal of Physics: Condensed Matter, 12(15), R207.</ref>。

	相分離の進行によって状態が変わるケースとして、例えば、一部の成分が[[結晶化]]し、それによって相分離が進行する[[結晶化誘起相分離]]や、小さな分子や[[コロイド]]粒子が除去されることで、残りの成分が相分離する[[枯渇相分離]]、化学反応が進行するにつれて組成が変化し、ある時点で相分離が起きる[[反応誘起相分離]]などもある。		相分離の進行によって状態が変わるケースとして、例えば、一部の成分が[[結晶化]]し、それによって相分離が進行する[[結晶化誘起相分離]]や、小さな分子や[[コロイド]]粒子が除去されることで、残りの成分が相分離する[[枯渇相分離]]、化学反応が進行するにつれて組成が変化し、ある時点で相分離が起きる[[反応誘起相分離]]などもある。

2025年3月19日 (水) 11:23にWikiSysopによる

2025-03-19T11:23:50Z

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WikiSysop: /* シナプスと液-液相分離 */

2025-03-19T11:09:18Z

シナプスと液-液相分離

← 古い版		2025年3月19日 (水) 20:09時点における版
68行目:		68行目:
	シナプスタンパク質による液-液相分離は、[[長期増強]]現象のメカニズムとして近年注目されている<ref name=Hayashi2021><pubmed>33472825</pubmed></ref><ref name=林2021>林康紀，細川智永，劉品吾，實吉岳郎. (2021).<br> CaMKII の新しいシナプス可塑性機構. 生化学　第93 巻第2 号，pp. 191-202</ref>[27, 28]。[[Ca2+/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼII\|Ca<sup>2+</sup>/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼII]]（[[CaMKII]]）は、[[記憶]]現象に必須の働きを持つキナーゼである。CaMKIIは神経細胞内に多量に発現しており、[[シナプス後膜肥厚]]では全タンパク質の10%から20%を占めるほどになる。このキナーゼがなぜこれほど多量に存在する必要があるのかは、長年の謎として残されていた。林康紀らの研究チームは、CaMKIIが[[NMDA型グルタミン酸受容体]]と液滴を形成することで、[[AMPA型グルタミン酸受容体]]を[[活性帯]]の直下に集合させ、シナプス応答を活性化する新しいメカニズムを提唱している<ref name=Hosokawa2021><pubmed>33927400</pubmed></ref>[29]。		シナプスタンパク質による液-液相分離は、[[長期増強]]現象のメカニズムとして近年注目されている<ref name=Hayashi2021><pubmed>33472825</pubmed></ref><ref name=林2021>林康紀，細川智永，劉品吾，實吉岳郎. (2021).<br> CaMKII の新しいシナプス可塑性機構. 生化学　第93 巻第2 号，pp. 191-202</ref>[27, 28]。[[Ca2+/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼII\|Ca<sup>2+</sup>/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼII]]（[[CaMKII]]）は、[[記憶]]現象に必須の働きを持つキナーゼである。CaMKIIは神経細胞内に多量に発現しており、[[シナプス後膜肥厚]]では全タンパク質の10%から20%を占めるほどになる。このキナーゼがなぜこれほど多量に存在する必要があるのかは、長年の謎として残されていた。林康紀らの研究チームは、CaMKIIが[[NMDA型グルタミン酸受容体]]と液滴を形成することで、[[AMPA型グルタミン酸受容体]]を[[活性帯]]の直下に集合させ、シナプス応答を活性化する新しいメカニズムを提唱している<ref name=Hosokawa2021><pubmed>33927400</pubmed></ref>[29]。

	[[低分子量Gタンパク質]][[Ras]]の不活性化因子である[[~~SynGAPは~~]]~~、CaMKIIに次いでシナプス後膜肥厚に多く含まれるタンパク質である。SynGAPは、~~[[シナプス足場タンパク質]]である[[PSD-95]]と多価相互作用によって結合し、液-液相分離を引き起こすことが[[w:Zhang Mingjie\|Mingjie Zhang]]らの研究チームによって報告されている<ref name=Zeng2016><pubmed>27565345</pubmed></ref>[30]。この液-液相分離の仕組みが、シナプス後膜肥厚からの活動依存的なSynGAPの分散のメカニズムとなっている可能性がある。		[[低分子量Gタンパク質]][[Ras]]の不活性化因子である[[SynGAP]]は、CaMKIIに次いでシナプス後膜肥厚に多く含まれるタンパク質である。SynGAPは、[[シナプス足場タンパク質]]である[[PSD-95]]と多価相互作用によって結合し、液-液相分離を引き起こすことが[[w:Zhang Mingjie\|Mingjie Zhang]]らの研究チームによって報告されている<ref name=Zeng2016><pubmed>27565345</pubmed></ref>[30]。この液-液相分離の仕組みが、シナプス後膜肥厚からの活動依存的なSynGAPの分散のメカニズムとなっている可能性がある。

	== 残された課題 ==		== 残された課題 ==

WikiSysop: /* 機能 */

2025-03-19T11:08:10Z

機能

← 古い版		2025年3月19日 (水) 20:08時点における版
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	天然変性領域は荷電残基や[[極性アミノ酸]]に富んでおり、類似した配列が繰り返し存在するのが特徴である<ref name=Chong2018><pubmed>29913160</pubmed></ref>[22]。例えば、[[フェニルアラニン]]と[[グリシン]]が繰り返し現れる[[FGリピート]]や、[[アルギニン]]とグリシンが繰り返し現れる[[RGGリピート]]などのモチーフが知られている。天然変性タンパク質にはRNA結合ドメインを持っているものも多く、RNAと共に液-液相分離を形成するものがある。		天然変性領域は荷電残基や[[極性アミノ酸]]に富んでおり、類似した配列が繰り返し存在するのが特徴である<ref name=Chong2018><pubmed>29913160</pubmed></ref>[22]。例えば、[[フェニルアラニン]]と[[グリシン]]が繰り返し現れる[[FGリピート]]や、[[アルギニン]]とグリシンが繰り返し現れる[[RGGリピート]]などのモチーフが知られている。天然変性タンパク質にはRNA結合ドメインを持っているものも多く、RNAと共に液-液相分離を形成するものがある。

	== 機能 ==		== 生理機能 ==
	=== ~~代謝との関連~~ ===		=== 代謝 ===
	細胞に酸素が不足すると、真核細胞では酸化的リン酸化経路によるATP合成ができなくなる。その結果、META bodyと呼ばれる代謝酵素の集合体が形成されることが2013年に報告されている<ref name=三浦2024>三浦夏子. (2024)<br>出芽酵母で形成される解糖系酵素群の集合体とその制御. 化学と生物 Vol. 62, No. 4</ref> [23]。META ~~bodyは解糖系（glycolysis）に関与する酵素群によって形成されるという意味でグリコリティック体（G~~-~~body）と呼ばれることもある。G~~-bodyにはRNAも含まれており、「膜のないオルガネラ」としての性質を備えている<ref name=Fuller2020><pubmed>32298230</pubmed></ref>[24]。		細胞に[[酸素]]が不足すると、真核細胞では[[酸化的リン酸化]]経路によるATP合成ができなくなる。その結果、[[META body]]と呼ばれる代謝酵素の集合体が形成されることが2013年に報告されている<ref name=三浦2024>三浦夏子. (2024)<br>出芽酵母で形成される解糖系酵素群の集合体とその制御. 化学と生物 Vol. 62, No. 4</ref> [23]。META bodyは[[解糖系]]（glycolysis）に関与する酵素群によって形成されるという意味で[[グリコリティック体]]（[[G-body]]）と呼ばれることもある。G-bodyにはRNAも含まれており、「膜のないオルガネラ」としての性質を備えている<ref name=Fuller2020><pubmed>32298230</pubmed></ref>[24]。

	=== ~~疾患との関連~~ ===		=== 疾患 ===
	液-液相分離は、細胞生理学としての役割だけでなく、異常なタンパク質凝集を引き起こし、筋萎縮性側索硬化症やパーキンソン病、アルツハイマー病、ポリグルタミン病、プリオン病などの神経変性疾患に関与することが示され、医学的な観点からも重要な研究テーマとなっている<ref name=Ahmad2022><pubmed>35998851</pubmed></ref>[25]~~。特に、TDP~~-~~43やFUSなどのタンパク質が液~~-液相分離を形成した後、異常な凝集体を形成し、病態につながることが示唆されている<ref name=Patel2015><pubmed>26317470</pubmed></ref>[26]。		液-液相分離は、細胞生理学としての役割だけでなく、異常なタンパク質凝集を引き起こし、筋萎縮性側索硬化症やパーキンソン病、[[アルツハイマー病]]、[[ポリグルタミン病]]、[[プリオン病]]などの神経変性疾患に関与することが示され、医学的な観点からも重要な研究テーマとなっている<ref name=Ahmad2022><pubmed>35998851</pubmed></ref>[25]。特に、[[TDP-43]]や[[FUS]]などのタンパク質が液-液相分離を形成した後、異常な凝集体を形成し、病態につながることが示唆されている<ref name=Patel2015><pubmed>26317470</pubmed></ref>[26]。

	=== シナプスと液-液相分離 ===		=== シナプスと液-液相分離 ===
	シナプスタンパク質による液-~~液相分離は、長期増強現象のメカニズムとして近年注目されている~~<ref name=Hayashi2021><pubmed>33472825</pubmed></ref><ref name=林2021>林康紀，細川智永，劉品吾，實吉岳郎. (2021).<br> CaMKII の新しいシナプス可塑性機構. 生化学　第93 巻第2 号，pp. 191-202</ref>[27, 28]。Ca2＋／カルモジュリン依存性キナーゼII（CaMKII）は、記憶の長期増強現象に必須の働きを持つキナーゼである。CaMKIIは神経細胞内に多量に発現しており、シナプス後膜肥厚では全タンパク質の10%から20%を占めるほどになる。このキナーゼがなぜこれほど多量に存在する必要があるのかは、長年の謎として残されていた。林康紀らの研究チームは、CaMKIIがNMDA型グルタミン酸受容体と液滴を形成することで、AMPA型グルタミン酸受容体を活性帯の直下に集合させ、シナプス応答を活性化する新しいメカニズムを提唱している<ref name=Hosokawa2021><pubmed>33927400</pubmed></ref>[29]。		シナプスタンパク質による液-液相分離は、[[長期増強]]現象のメカニズムとして近年注目されている<ref name=Hayashi2021><pubmed>33472825</pubmed></ref><ref name=林2021>林康紀，細川智永，劉品吾，實吉岳郎. (2021).<br> CaMKII の新しいシナプス可塑性機構. 生化学　第93 巻第2 号，pp. 191-202</ref>[27, 28]。[[Ca2+/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼII\|Ca<sup>2+</sup>/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼII]]（[[CaMKII]]）は、[[記憶]]現象に必須の働きを持つキナーゼである。CaMKIIは神経細胞内に多量に発現しており、[[シナプス後膜肥厚]]では全タンパク質の10%から20%を占めるほどになる。このキナーゼがなぜこれほど多量に存在する必要があるのかは、長年の謎として残されていた。林康紀らの研究チームは、CaMKIIが[[NMDA型グルタミン酸受容体]]と液滴を形成することで、[[AMPA型グルタミン酸受容体]]を[[活性帯]]の直下に集合させ、シナプス応答を活性化する新しいメカニズムを提唱している<ref name=Hosokawa2021><pubmed>33927400</pubmed></ref>[29]。

	低分子量Gタンパク質Rasの不活性化因子であるSynGAPは、CaMKIIに次いでシナプス後膜肥厚に多く含まれるタンパク質である。SynGAPは、シナプス足場タンパク質であるPSD-~~95と多価相互作用によって結合し、液~~-~~液相分離を引き起こすことがMingjie Zhangらの研究チームによって報告されている~~<ref name=Zeng2016><pubmed>27565345</pubmed></ref>[30]。この液-液相分離の仕組みが、シナプス後膜肥厚からの活動依存的なSynGAPの分散のメカニズムとなっている可能性がある。		[[低分子量Gタンパク質]][[Ras]]の不活性化因子である[[SynGAPは]]、CaMKIIに次いでシナプス後膜肥厚に多く含まれるタンパク質である。SynGAPは、[[シナプス足場タンパク質]]である[[PSD-95]]と多価相互作用によって結合し、液-液相分離を引き起こすことが[[w:Zhang Mingjie\|Mingjie Zhang]]らの研究チームによって報告されている<ref name=Zeng2016><pubmed>27565345</pubmed></ref>[30]。この液-液相分離の仕組みが、シナプス後膜肥厚からの活動依存的なSynGAPの分散のメカニズムとなっている可能性がある。

	== 残された課題 ==		== 残された課題 ==

WikiSysop: /* タンパク質の液-液相分離 */

2025-03-19T10:49:08Z

タンパク質の液-液相分離

← 古い版		2025年3月19日 (水) 19:49時点における版
54行目:		54行目:
	[[天然変性タンパク質]]（natively unfolded protein）は、明確な立体構造を持たずに柔軟なコンフォメーションをとるタンパク質のことをいう<ref name=Uversky2002><pubmed>11910019</pubmed></ref>[19]。天然変性タンパク質は本質的に無秩序なタンパク質（[[intrinsically disordered proteins]]）ということもある<ref name=Dunker2001><pubmed>11381529</pubmed></ref>[20]。タンパク質の立体構造を形成しない領域は[[天然変性領域]]（[[intrinsically disordered region]], [[IDR]]）や[[低複雑性ドメイン]]（low complexity domain）と呼ばれることがある。天然変性領域はタンパク質の液-液相分離のために機能する領域である。		[[天然変性タンパク質]]（natively unfolded protein）は、明確な立体構造を持たずに柔軟なコンフォメーションをとるタンパク質のことをいう<ref name=Uversky2002><pubmed>11910019</pubmed></ref>[19]。天然変性タンパク質は本質的に無秩序なタンパク質（[[intrinsically disordered proteins]]）ということもある<ref name=Dunker2001><pubmed>11381529</pubmed></ref>[20]。タンパク質の立体構造を形成しない領域は[[天然変性領域]]（[[intrinsically disordered region]], [[IDR]]）や[[低複雑性ドメイン]]（low complexity domain）と呼ばれることがある。天然変性領域はタンパク質の液-液相分離のために機能する領域である。

	天然変性タンパク質は、[[真核生物]]の持つタンパク質に多くみられる。30残基以上の天然変性領域を持つタンパク質は、[[ヒト]]の場合、約44%と推定されている<ref name=~~van der Lee2014~~><pubmed>24773235</pubmed></ref>[21]。一方、天然変性タンパク質は[[真正細菌]]や[[アーキア]]にはあまり存在しない。		天然変性タンパク質は、[[真核生物]]の持つタンパク質に多くみられる。30残基以上の天然変性領域を持つタンパク質は、[[ヒト]]の場合、約44%と推定されている<ref name=vanderLee2014><pubmed>24773235</pubmed></ref>[21]。一方、天然変性タンパク質は[[真正細菌]]や[[アーキア]]にはあまり存在しない。

	天然変性領域は荷電残基や[[極性アミノ酸]]に富んでおり、類似した配列が繰り返し存在するのが特徴である<ref name=Chong2018><pubmed>29913160</pubmed></ref>[22]。例えば、[[フェニルアラニン]]と[[グリシン]]が繰り返し現れる[[FGリピート]]や、[[アルギニン]]とグリシンが繰り返し現れる[[RGGリピート]]などのモチーフが知られている。天然変性タンパク質にはRNA結合ドメインを持っているものも多く、RNAと共に液-液相分離を形成するものがある。		天然変性領域は荷電残基や[[極性アミノ酸]]に富んでおり、類似した配列が繰り返し存在するのが特徴である<ref name=Chong2018><pubmed>29913160</pubmed></ref>[22]。例えば、[[フェニルアラニン]]と[[グリシン]]が繰り返し現れる[[FGリピート]]や、[[アルギニン]]とグリシンが繰り返し現れる[[RGGリピート]]などのモチーフが知られている。天然変性タンパク質にはRNA結合ドメインを持っているものも多く、RNAと共に液-液相分離を形成するものがある。

WikiSysop: /* タンパク質の液-液相分離 */

2025-03-19T10:48:29Z

タンパク質の液-液相分離

← 古い版		2025年3月19日 (水) 19:48時点における版
50行目:		50行目:

	== タンパク質の液-液相分離 ==		== タンパク質の液-液相分離 ==
	タンパク質の液-~~液相分離は、分子間での静電相互作用やπ~~-~~π相互作用、カチオン~~-π相互作用、疎水性相互作用、水素結合など多様な相互作用によって起こる。しかもタンパク質は温度などの溶液条件によって立体構造が変わることも多く、また、他のタンパク質やRNAと特異的に結合することもある。そのため、タンパク質の液-液相分離は温度やpH、塩濃度、他のタンパク質やRNAなどの存在など、多様な条件に影響を受ける。熱力学的な視点からは、エントロピー的にもエンタルピー的にも液-液相分離が駆動されるケースがある。複数のタンパク質やRNAからなる液滴は、液滴の中に液滴が形成されるようなケースもある<ref name=Lafontaine2021><pubmed>32873929</pubmed></ref>[18]。		タンパク質の液-液相分離は、分子間での静電相互作用や[[π-π相互作用]]、[[カチオン-π相互作用]]、[[疎水性相互作用]]、[[水素結合]]など多様な相互作用によって起こる。しかもタンパク質は温度などの溶液条件によって立体構造が変わることも多く、また、他のタンパク質や[[RNA]]と特異的に結合することもある。そのため、タンパク質の液-液相分離は温度やpH、塩濃度、他のタンパク質やRNAなどの存在など、多様な条件に影響を受ける。熱力学的な視点からは、[[エントロピー]]的にも[[エンタルピー]]的にも液-液相分離が駆動されるケースがある。複数のタンパク質やRNAからなる液滴は、液滴の中に液滴が形成されるようなケースもある<ref name=Lafontaine2021><pubmed>32873929</pubmed></ref>[18]。

	~~天然変性タンパク質（Natively Unfolded Protein）は、明確な立体構造を持たずに柔軟なコンフォメーションをとるタンパク質のことをいう~~<ref name=Uversky2002><pubmed>11910019</pubmed></ref>[19]~~。天然変性タンパク質は本質的に無秩序なタンパク質（intrinsically~~ disordered ~~proteins）ということもある~~<ref name=Dunker2001><pubmed>11381529</pubmed></ref>[20]~~。タンパク質の立体構造を形成しない領域は天然変性領域（intrinsically~~ disordered region, ~~IDR）や低複雑性ドメイン（low~~ complexity domain）と呼ばれることがある。天然変性領域はタンパク質の液-液相分離のために機能する領域である。		[[天然変性タンパク質]]（natively unfolded protein）は、明確な立体構造を持たずに柔軟なコンフォメーションをとるタンパク質のことをいう<ref name=Uversky2002><pubmed>11910019</pubmed></ref>[19]。天然変性タンパク質は本質的に無秩序なタンパク質（[[intrinsically disordered proteins]]）ということもある<ref name=Dunker2001><pubmed>11381529</pubmed></ref>[20]。タンパク質の立体構造を形成しない領域は[[天然変性領域]]（[[intrinsically disordered region]], [[IDR]]）や[[低複雑性ドメイン]]（low complexity domain）と呼ばれることがある。天然変性領域はタンパク質の液-液相分離のために機能する領域である。

	天然変性タンパク質は、真核生物の持つタンパク質に多くみられる。30残基以上の天然変性領域を持つタンパク質は、ヒトの場合、30残基以上の天然変性領域を持つタンパク質は約44%と推定されている<ref name=van der Lee2014><pubmed>24773235</pubmed></ref>[21]~~。一方、天然変性タンパク質は真正細菌やアーキアにはあまり存在しない。~~		天然変性タンパク質は、[[真核生物]]の持つタンパク質に多くみられる。30残基以上の天然変性領域を持つタンパク質は、[[ヒト]]の場合、約44%と推定されている<ref name=van der Lee2014><pubmed>24773235</pubmed></ref>[21]。一方、天然変性タンパク質は[[真正細菌]]や[[アーキア]]にはあまり存在しない。

			天然変性領域は荷電残基や[[極性アミノ酸]]に富んでおり、類似した配列が繰り返し存在するのが特徴である<ref name=Chong2018><pubmed>29913160</pubmed></ref>[22]。例えば、[[フェニルアラニン]]と[[グリシン]]が繰り返し現れる[[FGリピート]]や、[[アルギニン]]とグリシンが繰り返し現れる[[RGGリピート]]などのモチーフが知られている。天然変性タンパク質にはRNA結合ドメインを持っているものも多く、RNAと共に液-液相分離を形成するものがある。

	天然変性領域は荷電残基や極性アミノ酸に富んでおり、類似した配列が繰り返し存在するのが特徴である<ref name=Chong2018><pubmed>29913160</pubmed></ref>[22]。例えば、フェニルアラニンとグリシンが繰り返し現れるFGリピートや、アルギニンとグリシンが繰り返し現れるRGGリピートなどのモチーフが知られている。天然変性タンパク質にはRNA結合ドメインを持っているものも多く、RNAと共に液-液相分離を形成するものがある。
	== 機能 ==		== 機能 ==
	=== 代謝との関連 ===		=== 代謝との関連 ===

WikiSysop: /* 液滴と流動性 */

2025-03-19T10:45:31Z

液滴と流動性

← 古い版		2025年3月19日 (水) 19:45時点における版
47行目:		47行目:
	液滴は流動性を持つことが特徴である。観察対象の顆粒状タンパク質集合物が液滴であるかを判別するには、接触時に融合するかどうかを確認するのが簡便である。液滴の中には、1秒もあれば完全に融合してしまうほど柔らかいものも存在する<ref name=Sakakibara2023><pubmed>37291907</pubmed></ref>[15]。一方で、接触しても融合しない場合、その集合物は液滴ではなく凝集体であると判断できる。		液滴は流動性を持つことが特徴である。観察対象の顆粒状タンパク質集合物が液滴であるかを判別するには、接触時に融合するかどうかを確認するのが簡便である。液滴の中には、1秒もあれば完全に融合してしまうほど柔らかいものも存在する<ref name=Sakakibara2023><pubmed>37291907</pubmed></ref>[15]。一方で、接触しても融合しない場合、その集合物は液滴ではなく凝集体であると判断できる。

	~~液滴の流動性を定量する方法として、光褪色後蛍光回復法（Fluorescence Recovery After Photobleaching~~, ~~FRAP）が広く用いられている~~<ref name=Sprague2005><pubmed>15695095</pubmed></ref>[16]。この手法では、液滴の一部分にレーザーを照射して蛍光を褪色させ、その後の蛍光回復速度から分子の流動性を計測する。細胞内の液滴では、蛍光の回復が秒から分のオーダーの現象として観察されることが多い。ただし、観察対象が液体の性質を持つのか、固体に近い性質を持つのかを蛍光回復の速度論的解析だけで判断するのは難しいとの見解もあり<ref name=McSwiggen2019><pubmed>31594803</pubmed></ref>[17]、慎重な解釈が求められる。		液滴の流動性を定量する方法として、[[光褪色後蛍光回復法]]（[[fluorescence recovery after photobleaching]], [[FRAP]]）が広く用いられている<ref name=Sprague2005><pubmed>15695095</pubmed></ref>[16]。この手法では、液滴の一部分にレーザーを照射して蛍光を褪色させ、その後の蛍光回復速度から分子の流動性を計測する。細胞内の液滴では、蛍光の回復が秒から分のオーダーの現象として観察されることが多い。ただし、観察対象が液体の性質を持つのか、固体に近い性質を持つのかを蛍光回復の速度論的解析だけで判断するのは難しいとの見解もあり<ref name=McSwiggen2019><pubmed>31594803</pubmed></ref>[17]、慎重な解釈が求められる。

	== タンパク質の液-液相分離 ==		== タンパク質の液-液相分離 ==