「アクチン」の版間の差分

　アクチン（actin）はすべての[[wikipedia:ja:真核生物|真核生物]]に最も大量に存在する分子量約42 kDaのタンパク質である。[[wikipedia:ja:筋肉|筋肉]]細胞では20％以上、非筋細胞でも1～5％を占めている。単量体のアクチンはほぼ球状をしていることから、球状アクチン（G-アクチン；globular actin）と呼ばれている。生理的な[[wikipedia:ja:イオン|イオン]]条件ではG-アクチンは2本のプロトフィラメント（直鎖状のアクチン重合体）がらせん状に絡まった線維状アクチン（F-アクチン；filamentous actin）を形成する。イオン強度を下げると、線維状アクチンは球状アクチンに脱重合する。線維状アクチンからなるアクチンフィラメントは、[[中間径フィラメント]]や[[微小管]]と共に、[[細胞骨格]]の主要なメンバーであり、細胞の形態変化や運動に深く関わる<ref name="ref1"><pubmed> 19965462 </pubmed></ref>。<br>

== アクチンの遺伝子 ==

== アクチン分子の構造 ==

　アクチン単量体は中央の深い溝を挟んで2つのドメインからなり、さらにそれぞれは2つのサブドメインに分けられる<ref name="ref4"><pubmed> 21314430 </pubmed></ref>。アクチン単量体の溝の奥ではMg²⁺を結合した[[wikipedia:ATP|ATP]]または[[wikipedia:ADP|ADP]]が周りのアミノ酸残基と[[wikipedia:ja:水素結合|水素結合]]と[[wikipedia:ja:イオン結合|イオン結合]]により結合しており、[[wikipedia:ja:ヌクレオチド|ヌクレオチド]]の非存在下ではアクチン分子は変性する。アクチンフィラメントへの重合能を持つのはATP結合型である。アクチン単量体のADPは速やかにATPに変換されることから、大部分のアクチン単量体はATP結合型として存在する。重合後はアクチン分子の溝部分に存在する[[wikipedia:ATPase|ATPase]]活性によりATP結合型からADP結合型に変化し、アクチンフィラメントの大部分はADP結合型となる。この際、遊離した[[wikipedia:ja:無機リン酸|無機リン酸]]はアクチンフィラメントに留まる。  

== アクチン単量体結合タンパク質 ==

 

　アクチン結合タンパク質は、アクチンの単量体プールの維持、アクチン重合の開始、アクチンフィラメントの伸長、アクチンフィラメントの架橋や束化を制御する。[[wikipedia:ja:脊椎動物|脊椎動物]]の非筋細胞では、アクチンの約50％が単量体として存在する。アクチン単量体が大量に含まれる細胞質では、アクチン単量体に特異的に結合するタンパク質が重合を阻害している。

=== チモシンβ4  ===

=== プロフィリン  ===

 

=== アクチン核化因子 ===

　アクチン核化因子には、[[mDia]]などの[[フォルミン]]ファミリータンパク質（formin family protein）や[[Arp2/3]]複合体が知られている<ref name="ref1" />。フォルミンファミリータンパク質は反矢尻端に結合し、プロフィリンを介して反矢尻端からのアクチン伸長を促進し、長い直鎖状のアクチンフィラメントを形成する。一方、Arp2/3複合体は、アクチンフィラメントの矢尻端と他のアクチンフィラメントの側面を架橋して、枝分かれ構造を持つアクチン構造を形成する。フォルミンファミリータンパク質やArp2/3は、それぞれ特異的な[[Rhoファミリー低分子量Gタンパク質]]により活性化されることが知られている<ref name="ref7"><pubmed> 17183359fckLR </pubmed></ref><ref name="ref8"><pubmed> 15501440 </pubmed></ref>。

　既存のアクチンフィラメントの反矢尻端もアクチン重合核として働きうるが、通常その機能は[[キャッピングタンパク質]]（[[capping protein]]、[[CP]]）の結合により阻害されている。このため、反矢尻端が重合核として働くには、キャッピングタンパク質が反矢尻端から解離するか、アクチンフィラメントの切断により反矢尻端が露出する必要がある<ref name="ref9"><pubmed> 12600310 </pubmed></ref>。  

=== コフィリン ===

　[[コフィリン]]（cofilin）は代表的なアクチン脱重合因子である<ref name="ref10"><pubmed> 10611961 </pubmed></ref>。脊椎動物のコフィリンには、[[非筋型コフィリン]]、[[筋型コフィリン]]、[[actin depolymrizing factor]]（[[ADF]]）の3種類のメンバーが存在する。ATP結合型よりもADP結合型のアクチンに高い親和性をもち、ADP結合型のアクチンをアクチンフィラメントの矢尻端から解離させる。また、コフィリンはアクチンフィラメントの側面に結合し、らせん構造のねじれを強くすることで切断を促進する。コフィリンの活性はリン酸化により制御される。すなわち、LIMキナーゼ（LIM kinase）によるリン酸化はコフィリンを不活性化し、Slingshotによる脱リン酸化はコフィリンを活性化する<ref name="ref11"><pubmed> 23153585 </pubmed></ref>。Rhoファミリー低分子量Gタンパク質のRhoやRacは、LIMキナーゼを介して、コフィリンのリン酸化と不活性化を誘導し、アクチンフィラメントの増加を促すと考えられている。  

　細胞内においてアクチンは、主にアクチンフィラメントとして機能すると考えられている。筋細胞においては、アクチンフィラメントは[[II型ミオシン]]と会合してアクトミオシン束を形成し、筋収縮力に寄与する<ref name="ref13"><pubmed> 16230112 </pubmed></ref>。神経細胞を含む非筋細胞においては、アクチンフィラメントは、突起状の[[フィロポディア]]（[[filopodia]]；[[糸状仮足]]）、細胞辺縁の波打ち構造である[[ラメリポディア]]（[[lamellipodia]]；[[葉状仮足]]）、活性化されたII型ミオシンと会合したアクトミオシン束からなる[[ストレスファイバー]]（[[stress fiber]]）など、多様なアクチン構造を形成する<ref name="ref14"><pubmed> 9438836 </pubmed></ref>。

　これらのアクチン構造の再編成は、Rhoファミリー低分子量Gタンパク質を介した細胞内情報伝達により時空間特異的に制御されており、細胞運動や[[細胞分裂]]など細胞形態の動的制御において重要な働きを担う<ref name="ref1" />。同時に、非定型ミオシンとの結合を介してアクチンフィラメントに沿った[[小胞輸送]]に寄与する。このような動的な役割以外にも、アクチンフィラメントは細胞膜の直下に集積し、細胞皮質（cell cortex）の裏打ち構造を形成する他、[[α-カテニン]]（[[α-catenin]]）や[[ビンキュリン]]（[[vinculin]]）を介して[[細胞接着因子]]である[[カドヘリン]]と結合して細胞間接着を支える<ref name="ref15"><pubmed> 21807490 </pubmed></ref>。

　アクチンフィラメントは、神経系においても発生・発達段階から成熟後に至るまで幅広い役割を担っている。例えば、[[神経前駆細胞]]では先導突起が伸長した後に[[細胞体]]が前進する跳躍運動を繰り返して遊走する。この際、アクチンフィラメントは先導突起の先端や細胞体の後部に集積し、特異的なRhoファミリータンパク質で制御され、それぞれ先導突起の伸長と細胞体の前進に関わる<ref name="ref16"><pubmed> 18075253 </pubmed></ref><ref name="ref17"><pubmed> 22246438 </pubmed></ref>。神経突起の伸展時には、神経突起先端の[[成長円錐]]（[[growth cone]]）にもアクチンフィラメントが集積する<ref name="ref18"><pubmed> 14556705 </pubmed></ref>。多様な[[細胞外ガイダンス分子]]によるRhoファミリー低分子量Gタンパク質の制御により、成長円錐のアクチン再構築が誘導され、神経突起の伸展や退縮、軸索ガイダンスに寄与している<ref name="ref19"><pubmed> 20182621 </pubmed></ref>。

　さらに、中枢神経系の[[興奮性シナプス]]は主に[[樹状突起]]上の微小突起である[[スパイン]]（[[spine]]）上に形成されているが、このスパインにもアクチンフィラメントが集積している<ref name="ref20"><pubmed> 11052932 </pubmed></ref>。このため、興奮性シナプスの形成にはアクチンフィラメントの制御が不可欠であり、この制御にもRhoファミリー低分子量Gタンパク質が重要な働きを担う。神経活動依存的な[[シナプス伝達]]の[[長期増強]]（[[long-term potentiation]]; [[LTP]]）や[[長期抑圧]]（[[long-term depression]]; [[LTD]]）にはスパインの増大や縮小を伴う<ref name="ref21"><pubmed> 21963169 </pubmed></ref>。二光子顕微鏡を用いた解析から、海馬スライスでの興奮性シナプスのシナプス長期増強に伴い、Rhoファミリー低分子量Gタンパク質の活性化やアクチンフィラメントの動態変化が誘導されることが示されている<ref name="ref22"><pubmed> 18341992 </pubmed></ref><ref name="ref23"><pubmed> 21423166 </pubmed></ref>。また、Rhoファミリー低分子量Gタンパク質やそのエフェクター分子の機能阻害により、興奮性シナプスの可塑性にRhoファミリー低分子量Gタンパク質が重要な働きを担うことも明らかにされている<ref name="ref24"><pubmed> 22566410 </pubmed></ref>。しかし、Rhoファミリー低分子量Gタンパク質によるアクチン再構築がシナプス可塑性を引き起こすメカニズムは不明であり、今後より詳細な解析が待たれる。

　上述の通り、神経系におけるアクチン分子の生理機能の多くはRhoファミリー低分子量Gタンパク質により制御されている。

== 関連項目 ==

*[[Rhoファミリー低分子量Gタンパク質]]

*[[マイクロフィラメント]]

*[[細胞骨格]]

*[[コフィリン]]

*[[プロフィリン]]

*[[アクチニン]]

<references />

 

（執筆者：篠原亮太、古屋敷智之　担当編集委員：尾藤晴彦）