ゴルジ体

中田 隆夫
東京医科歯科大学
DOI XXXX/XXXX　原稿受付日：2012年4月28日　原稿完成日：2013年月日
担当編集委員：林 康紀（独立行政法人理化学研究所 脳科学総合研究センター）

英：Golgi body, Golgi apparatus　独：Golgi-Apparat　仏：appareil de Golgi

同義語：ゴルジ装置

　Golgiによって発見された、膜タンパク質や分泌タンパク質の成熟と振り分けに関与する細胞内小器官の一つ。脂質二重層の膜でかこまれた扁平な袋状の層板が数層とそれを取り巻く小胞からなる。ゴルジ体のシス側とトランス側では層板に含まれる糖鎖付加酵素が異なっており、新しくつくられた膜タンパク質や分泌タンパク質は、粗面小胞体から小胞輸送によってゴルジ体のシス側の層板に運ばれた後、トランス側 へと移動しながら糖鎖を付加され成熟していく。さらにトランスゴルジネットワークでは輸送タンパク質の振り分け(sorting)が行われるとされている。長らく、新しく作られたタンパク質は小胞にのって層板間を移動していると考えられていたが、最近、同じ層板に乗ったままで層板ごとトランス方向に移動し、一方、糖鎖を付加する酵素の方が小胞に乗って、トランス側の層板からシス側の層板に逆輸送される事が明らかにされた。

（編集部作成。内容をご確認下さい）

ゴルジ体とは

　赤血球を除くすべての真核生物の細胞内小器官の一つであり、Golgiによって発見された。 神経細胞では核の周囲にあることが確認されているが、樹状突起や軸索に存在するかは確立されていない。（イントロダクションを御願い致します）

形態・細胞内分布

動画　GFPラベルした温度感受性ウィルス膜タンパク質VSV-Gが培養海馬神経細胞内で小胞体からゴルジ体へ移る過程 39℃ではVSV-Gは租面小胞体にあり、細胞体樹状突起全体に均一に分布する。その後温度を下げると、租面小胞体からゴルジ体への移動が起こる。まず、一様な分布をしていたVSV-Gが細胞の各部分で小さな輝く点となり、移動を始める。輝点は細胞体内で融合してゴルジ体に局在する。細胞体の下から出て左側にカーブする突起が軸索で、他の突起が樹状突起である。これら以外の細い突起は、他の神経から伸びた軸索である。

　脂質二重層の膜でかこまれた扁平な袋状の層板が数層とそれを取り巻く小胞からなる。分泌経路上の細胞内小器官で、腺細胞などで発達している。 神経細胞では電子顕微鏡の観察からゴルジ体は核の周囲にあり、核側がシス、細胞表面側がトランスである 。ゴルジ体のトランス側の出口には　網目状の膜があり、トランスゴルジネットワーク(trans-Golgi network)と呼ばれる。（編集コメント：このあたり図を御願いできないでしょうか？できれば模式図と、典型的な電子顕微鏡写真があればと思います）

　樹状突起や軸索に分布するかについてはまだ結論づけられていない。リボゾームは細胞体だけでなく、樹状突起にも局在する。もし樹状突起にゴルジ体もあれば、樹状突起の局所でイオンチャネルや受容体などの膜タンパク質が合成できることになり、神経細胞内での部位特異的なシナプス制御のメカニズムを提供する。蛍光タンパク質でラベルしたウイルス膜タンパク質VSV-G(vesicular stomatits virus G protein)を使って小胞体からゴルジ体へのタンパク質の移動をみると、ゴルジ体は細胞体か樹状突起の根本の部分にあり、そこまでタンパク質が輸送されているように見える（動画）。

　しかし、たとえ典型的なゴルジ体はなくとも、同等の機能を持つ膜系が樹状突起にあったり、小さな輸送小胞にみえるものがゴルジ体の役割を果たしていたり、ゴルジ体を経ずに膜タンパク質を合成出来る場合があったりするかもしれない。これらは分子神経科学の諸問題に魅力的な説明を与える。分泌経路、ゴルジ体の機能および膜タンパク質合成の根幹に関わる問題であり、細胞生物学的視点からは強い証拠が望まれる。

機能

タンパク質成熟と振り分け

　新しくつくられた膜タンパク質や分泌タンパク質は、粗面小胞体(rough ER)から小胞輸送(vesicular transport)によってゴルジ体の一側（シス側 cis-）の層板に運ばれた後、ゴルジ体内をシス側から対側（トランス側 trans-）へと移動しながら糖鎖を付加される 。ゴルジ体のシスとトランスでは層板に含まれる糖鎖付加酵素が異なっており、新しくつくられた膜タンパク質や分泌タンパク質はゴルジ体内を移動しながら成熟していく。トランスゴルジネットワークでは輸送タンパク質の振り分け(sorting)が行われるとされている。

　調節性分泌(regulated secretion)される内外分泌細胞の分泌タンパク質は球状の分泌顆粒(secretory ganules)に振り分けられ、分泌刺激があるまで細胞内に蓄積される。恒常性分泌(constitutive secretion)される一般細胞の分泌タンパク質（コラーゲン、アルブミンなど）や膜タンパク質は、管状胞状のオルガネラによって、細胞膜に輸送され、随時分泌される。リソソーム(lysosome)へのタンパク質の振り分けもトランスゴルジネットワークで行われる。

層板成熟説と小胞輸送説

（この両者の説を図示できないでしょうか。） 　膜タンパク質や分泌タンパク質がゴルジ体内を移動しながら成熟していくことについて、古くからある論争に層板成熟説（cisternae maturation hypothesis）と小胞輸送説（vesicular transport hypothesis）がある。成熟説とは、新しくつくられたタンパク質が、層板間を移動せず、層板自体がシスに移動し、成熟するというもの。小胞輸送説は、層板は移動せず、新しく作られたタンパク質が小胞に乗って層板間をシスからトランスへと移動するというものである。1970年代、正常なゴルジ体とトランス側の酵素を持たない変異ゴルジ体を試験管内で混ぜると、変異ゴルジ体で途中までしか糖鎖が付加していなかった膜タンパク質に最後まで糖が付加されることが巧妙な実験でわかった。変異ゴルジ体内にあった膜タンパク質が、正常なゴルジ体にしかない酵素の作用をうけるのだから、両者間でタンパク質の移動があった強い証拠であり、小胞輸送説を支持する結果と考えられた。

　20世紀末、この系を使ってゴルジ体層板と小胞の融合に関わるタンパク質（NSF, α-SNAP, t-SNARE, v-SNARE）が同定され, 小胞輸送説が支配的となった。細胞生物学の教科書もそれに倣った記述がなされた（例えばMolecular Biology of the Cell 3rd editionと5th editionを比較せよ）。

　ところが、1998年にコラーゲンの分泌を詳細に観察した実験から、コラーゲンはゴルジ体内ですでに大きな線維を形成し、とても小胞には収まりきらないにも拘わらず、粛々とシス側に移行することが分かり、層板成熟説が再び復活した 。

　現在での一つの解釈は、新しく作られたタンパク質は同じ層板に乗ったままで層板ごとトランス方向に移動する。一方、糖鎖を付加する酵素の方が小胞に乗って、トランス側の層板からシス側の層板に輸送されるというものである。つまり、層板間でタンパク質の移動はあるが、移動するのは分泌タンパク質ではなく、酵素のほうであった。人々は”タンパク質の移動がある”ことがわかった時点で”移動する“のは当然、分泌タンパク質のほうであると思いこんでしまったのである。ゴルジ体の極めて基本的な（教科書的な）事項が21世紀になって逆転すること、しかし、小胞説を推進する研究は膜融合についてのSNARE仮説を導き、神経科学の分野（シナプス伝達）で花開いたこと、は示唆的である。

ゴルジ体に作用する薬剤

ブレフェルジンA

小胞体からゴルジ体への小胞輸送を阻害するとされる。ゴルジ体から小胞体への小胞輸送は阻害しないため、結果的にゴルジ体が小胞体に吸収される。

ノコダゾールなど微小管脱重合薬

ゴルジ体の核周囲への局在は微小管依存性である。そこで、微小管脱重合をおこなうと、ゴルジ体の断片が細胞内に拡がり、脱重合剤を除くと、再び核周囲に局在する。注意すべき点は、微小管脱重合剤でゴルジ体を断片化しても、一般細胞の分泌は阻害されず、極性を持った輸送が阻害されるのみである。分泌される場所を細かく指定しないなら、一般細胞では、分泌小胞が拡散等で十分到達できるほど近くに細胞膜（のいずれかの部分）があると考えられる。

関連項目

（ございましたらご指摘下さい）