「ラメリポディア」の版間の差分

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== 構造と動態  ==
== 構造と動態  ==


ラメリポディアは分枝したアクチンフィラメントによって形成される網目構造によって支えられており、網目は細胞周辺部側でより密になっている。アクチンフィラメントのプラス端（重合端、反矢じり端、barbed-end）が細胞周辺部を向いており、また、網目構造全体は求心性に移動している（アクチン後方移動）<ref><pubmed> 20192778 </pubmed></ref><ref name=ref2><pubmed> 16501565 </pubmed></ref>。このため、ラメリポディアの伸長・退縮は、網目構造の構築スピードとアクチン後方移動スピードとのバランスによって決定される。網目構造の構築スピードは、アクチンの重合・脱重合、分枝・脱分枝に、また、アクチン後方移動スピードは、ミオシンによりアクチン線維が求心性に引っ張られる力と、アクチン線維が形質膜によって押し戻される力に依存する<ref name=ref2 /><ref><pubmed>  13678614 </pubmed></ref><ref><pubmed>  22359556 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22500750 </pubmed></ref>。<br>
ラメリポディアは分枝したアクチンフィラメントによって形成される網目構造によって支えられており、網目は細胞周辺部側でより密になっている。アクチンフィラメントのプラス端（重合端、反矢じり端、barbed-end）が細胞周辺部を向いており、また、網目構造全体は求心性に移動している（アクチン後方移動）<ref name=ref1><pubmed> 20192778 </pubmed></ref><ref name=ref2><pubmed> 16501565 </pubmed></ref>。このため、ラメリポディアの伸長・退縮は、網目構造の構築スピードとアクチン後方移動スピードとのバランスによって決定される。網目構造の構築スピードは、アクチンの重合・脱重合、分枝・脱分枝に、また、アクチン後方移動スピードは、ミオシンによりアクチン線維が求心性に引っ張られる力と、アクチン線維が形質膜によって押し戻される力に依存する<ref name=ref2 /><ref><pubmed>  13678614 </pubmed></ref><ref><pubmed>  22359556 </pubmed></ref><ref><pubmed> 22500750 </pubmed></ref>。<br>


=== 重合と分枝形成  ===
=== 重合と分枝形成  ===
アクチンの重合は、単量体アクチンの濃度が高くなるほど促進され、また、プラス端にキャッピングタンパク質が結合することによってフィラメントの伸長が抑制されることが、in vitroの実験から明らかになっている<ref name=ref1 />。（詳細は[[マイクロフィラメント]]の項参照）細胞においても、ラメリポディアの伸長が単量体アクチンの濃度が高い場合に促進されることが報告されている<ref><pubmed> 21502360 </pubmed></ref>。おもしろいことに、キャッピングタンパク質のノックダウンは、ラメリポディアの形成を阻害する<ref><pubmed> 15294161 </pubmed></ref>。キャッピングタンパク質の機能として、１）アクチンフィラメントの伸長促進（キャッピングタンパク質が結合しないフィラメントに対して、単量体アクチンの量が相対的に増すことにより、重合が促進される）、２）新規フィラメントの形成促進、のふたつのモデルが提唱されている<ref><pubmed> 9217250 </pubmed></ref><ref><pubmed> 18510928 </pubmed></ref>。
アクチンフィラメントの枝分かれの起始部には、新規フィラメントを伸長させるための重合核となる、Arp (actin-related protein) 2/3複合体が存在している。7つのサブユニットから構成されるArp2/3複合体の、Arp2およびArp3サブユニットは 単量体アクチンと非常によく似た構造をしており、これに単量体アクチンひとつを結合させた三量体が重合のための核となる。この三量体形成に重要な役割を果たすのが、WASP（Wiskott-Aldrich syndrome protein）、N-WASP（neuronal-WASP）、WAVE（WASP family verprolin-homologous protein）などのWASP/WAVEファミリータンパク質である。V（verprolin-homologyあるいはWASP-homology-2）ドメインが単量体アクチンと結合し、C（cofilin-homologyあるいはcentral）およびA（acidic）ドメインがArp2/3複合体に結合することで、重合核が形成される<ref name=ref1 />。Arp2/3複合体は既存フィラメントの側面、あるいはプラス端に結合し、既存フィラメントに対しておよそ70度の角度で新規フィラメントを伸長させる<ref name=ref1 /><ref><pubmed> 18775315 </pubmed></ref>。Arp2/3複合体をノックダウンすると、線維芽細胞でラメリポディアの形成が阻害される<ref><pubmed> 22492726 </pubmed></ref>。しかし、神経細胞成長円錐では、CAドメイン過剰発現によるArp2/3複合体の機能阻害は、ラメリポディア形成に影響を与えないという報告もある<ref><pubmed> 15233919 </pubmed></ref>。cortactinは、アクチンフィラメントとArp2サブユニットに結合し、分枝構造を安定化させることでラメリポディアの維持に寄与する<ref><pubmed> 12176354 </pubmed></ref><ref><pubmed> 16051170 </pubmed></ref>。また、Arp2との結合がVCAドメインと競合するため、cortactinはWASP/WAVEのリサイクリングを促進すると考えられる<ref><pubmed> 12732638 </pubmed></ref>。（図１）


=== 脱重合と脱分枝  ===
=== 脱重合と脱分枝  ===

2012年5月7日 (月) 15:15時点における版

英：lamellipodium（単）; lemellipodia（複）


ラメリポディアは、主に移動運動中の細胞周辺縁にみられる、薄い膜状の構造である。網目構造をとったアクチンフィラメントを含んでおり、このアクチンフィラメントの動態に依存して、伸長・退縮を繰り返す非常に動的な構造である。神経細胞では、移動細胞の先導突起先端部や、神経突起突出時の細胞体周辺、および成長円錐（伸長中の神経突起先端部）などにみられる。この他、移動中のグリア細胞や白血球、線維芽細胞の先導端にもみることができる。

構造と動態

ラメリポディアは分枝したアクチンフィラメントによって形成される網目構造によって支えられており、網目は細胞周辺部側でより密になっている。アクチンフィラメントのプラス端（重合端、反矢じり端、barbed-end）が細胞周辺部を向いており、また、網目構造全体は求心性に移動している（アクチン後方移動）[1][2]。このため、ラメリポディアの伸長・退縮は、網目構造の構築スピードとアクチン後方移動スピードとのバランスによって決定される。網目構造の構築スピードは、アクチンの重合・脱重合、分枝・脱分枝に、また、アクチン後方移動スピードは、ミオシンによりアクチン線維が求心性に引っ張られる力と、アクチン線維が形質膜によって押し戻される力に依存する[2][3][4][5]。

重合と分枝形成

アクチンの重合は、単量体アクチンの濃度が高くなるほど促進され、また、プラス端にキャッピングタンパク質が結合することによってフィラメントの伸長が抑制されることが、in vitroの実験から明らかになっている[1]。（詳細はマイクロフィラメントの項参照）細胞においても、ラメリポディアの伸長が単量体アクチンの濃度が高い場合に促進されることが報告されている[6]。おもしろいことに、キャッピングタンパク質のノックダウンは、ラメリポディアの形成を阻害する[7]。キャッピングタンパク質の機能として、１）アクチンフィラメントの伸長促進（キャッピングタンパク質が結合しないフィラメントに対して、単量体アクチンの量が相対的に増すことにより、重合が促進される）、２）新規フィラメントの形成促進、のふたつのモデルが提唱されている[8][9]。

アクチンフィラメントの枝分かれの起始部には、新規フィラメントを伸長させるための重合核となる、Arp (actin-related protein) 2/3複合体が存在している。7つのサブユニットから構成されるArp2/3複合体の、Arp2およびArp3サブユニットは 単量体アクチンと非常によく似た構造をしており、これに単量体アクチンひとつを結合させた三量体が重合のための核となる。この三量体形成に重要な役割を果たすのが、WASP（Wiskott-Aldrich syndrome protein）、N-WASP（neuronal-WASP）、WAVE（WASP family verprolin-homologous protein）などのWASP/WAVEファミリータンパク質である。V（verprolin-homologyあるいはWASP-homology-2）ドメインが単量体アクチンと結合し、C（cofilin-homologyあるいはcentral）およびA（acidic）ドメインがArp2/3複合体に結合することで、重合核が形成される[1]。Arp2/3複合体は既存フィラメントの側面、あるいはプラス端に結合し、既存フィラメントに対しておよそ70度の角度で新規フィラメントを伸長させる[1][10]。Arp2/3複合体をノックダウンすると、線維芽細胞でラメリポディアの形成が阻害される[11]。しかし、神経細胞成長円錐では、CAドメイン過剰発現によるArp2/3複合体の機能阻害は、ラメリポディア形成に影響を与えないという報告もある[12]。cortactinは、アクチンフィラメントとArp2サブユニットに結合し、分枝構造を安定化させることでラメリポディアの維持に寄与する[13][14]。また、Arp2との結合がVCAドメインと競合するため、cortactinはWASP/WAVEのリサイクリングを促進すると考えられる[15]。（図１）

脱重合と脱分枝

アクチン後方移動

トレッドミル

機能

制御

単量体アクチン

ADF/cofilin

WASP/WAVE

cortactin

coronin

ミオシンモーター

引用文献

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Bugyi, B., & Carlier, M.F. (2010).
    Control of actin filament treadmilling in cell motility. Annual review of biophysics, 39, 449-70. [PubMed:20192778] [WorldCat] [DOI]
  2. ↑ 2.0 2.1 Medeiros, N.A., Burnette, D.T., & Forscher, P. (2006).
    Myosin II functions in actin-bundle turnover in neuronal growth cones. Nature cell biology, 8(3), 215-26. [PubMed:16501565] [WorldCat] [DOI]
  3. ↑ Mogilner, A., & Oster, G. (2003).
    Polymer motors: pushing out the front and pulling up the back. Current biology : CB, 13(18), R721-33. [PubMed:13678614] [WorldCat] [DOI]
  4. ↑ Van Goor, D., Hyland, C., Schaefer, A.W., & Forscher, P. (2012).
    The role of actin turnover in retrograde actin network flow in neuronal growth cones. PloS one, 7(2), e30959. [PubMed:22359556] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  5. ↑ Craig, E.M., Van Goor, D., Forscher, P., & Mogilner, A. (2012).
    Membrane tension, myosin force, and actin turnover maintain actin treadmill in the nerve growth cone. Biophysical journal, 102(7), 1503-13. [PubMed:22500750] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  6. ↑ Kiuchi, T., Nagai, T., Ohashi, K., & Mizuno, K. (2011).
    Measurements of spatiotemporal changes in G-actin concentration reveal its effect on stimulus-induced actin assembly and lamellipodium extension. The Journal of cell biology, 193(2), 365-80. [PubMed:21502360] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  7. ↑ Mejillano, M.R., Kojima, S., Applewhite, D.A., Gertler, F.B., Svitkina, T.M., & Borisy, G.G. (2004).
    Lamellipodial versus filopodial mode of the actin nanomachinery: pivotal role of the filament barbed end. Cell, 118(3), 363-73. [PubMed:15294161] [WorldCat] [DOI]
  8. ↑ Carlier, M.F., & Pantaloni, D. (1997).
    Control of actin dynamics in cell motility. Journal of molecular biology, 269(4), 459-67. [PubMed:9217250] [WorldCat] [DOI]
  9. ↑ Akin, O., & Mullins, R.D. (2008).
    Capping protein increases the rate of actin-based motility by promoting filament nucleation by the Arp2/3 complex. Cell, 133(5), 841-51. [PubMed:18510928] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  10. ↑ Cai, L., Makhov, A.M., Schafer, D.A., & Bear, J.E. (2008).
    Coronin 1B antagonizes cortactin and remodels Arp2/3-containing actin branches in lamellipodia. Cell, 134(5), 828-42. [PubMed:18775315] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  11. ↑ Suraneni, P., Rubinstein, B., Unruh, J.R., Durnin, M., Hanein, D., & Li, R. (2012).
    The Arp2/3 complex is required for lamellipodia extension and directional fibroblast cell migration. The Journal of cell biology, 197(2), 239-51. [PubMed:22492726] [PMC] [WorldCat] [DOI]
  12. ↑ Strasser, G.A., Rahim, N.A., VanderWaal, K.E., Gertler, F.B., & Lanier, L.M. (2004).
    Arp2/3 is a negative regulator of growth cone translocation. Neuron, 43(1), 81-94. [PubMed:15233919] [WorldCat] [DOI]
  13. ↑ Weaver, A.M., Heuser, J.E., Karginov, A.V., Lee, W.L., Parsons, J.T., & Cooper, J.A. (2002).
    Interaction of cortactin and N-WASp with Arp2/3 complex. Current biology : CB, 12(15), 1270-8. [PubMed:12176354] [WorldCat] [DOI]
  14. ↑ Bryce, N.S., Clark, E.S., Leysath, J.L., Currie, J.D., Webb, D.J., & Weaver, A.M. (2005).
    Cortactin promotes cell motility by enhancing lamellipodial persistence. Current biology : CB, 15(14), 1276-85. [PubMed:16051170] [WorldCat] [DOI]
  15. ↑ Uruno, T., Liu, J., Li, Y., Smith, N., & Zhan, X. (2003).
    Sequential interaction of actin-related proteins 2 and 3 (Arp2/3) complex with neural Wiscott-Aldrich syndrome protein (N-WASP) and cortactin during branched actin filament network formation. The Journal of biological chemistry, 278(28), 26086-93. [PubMed:12732638] [WorldCat] [DOI]

同義語：葉状仮足

関連語：糸状仮足（フィロポディア）

（執筆者：秋山博紀、上口裕之、担当編集委員：村上富士夫）

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