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== 定義 == | == 定義 == | ||
マイクロフィラメントは[[細胞骨格]]を構成する微細な線維であり、[[アクチン]]フィラメントとほぼ同義で使用される。 | |||
== 生理機能の概要 == | == 生理機能の概要 == | ||
細胞形態の変化と保持、細胞移動、[[wikipedia:JA:細胞分裂|細胞分裂]]、細胞内[[wikipedia:JA:オルガネラ|オルガネラ]]と物質の輸送、膜分子の局在制御などの普遍的な働きを担うとともに<ref><pubmed> 20729930 </pubmed></ref>、筋細胞では[[ミオシン]]とともに[[wikipedia:JA:筋収縮|筋収縮]]を駆動する。 | |||
== 構造 == | == 構造 == | ||
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アクチン蛋白質には少なくとも3種類のアイソフォームが存在し、α-アクチンは筋収縮を担い、β-アクチンとγ-アクチンは細胞骨格としてのアクチンフィラメントを構成する。 | アクチン蛋白質には少なくとも3種類のアイソフォームが存在し、α-アクチンは筋収縮を担い、β-アクチンとγ-アクチンは細胞骨格としてのアクチンフィラメントを構成する。 | ||
分子量約42kDaの球状のアクチン蛋白質（球状アクチン、G-アクチン）が直鎖状に重合してプロトフィラメントとなり、2本のプロトフィラメントが右巻きのらせん状により合わさってアクチンフィラメント（線維状アクチン、F-アクチン）を構成する。アクチンフィラメントの直径は5- | 分子量約42kDaの球状のアクチン蛋白質（球状アクチン、G-アクチン）が直鎖状に重合してプロトフィラメントとなり、2本のプロトフィラメントが右巻きのらせん状により合わさってアクチンフィラメント（線維状アクチン、F-アクチン）を構成する。アクチンフィラメントの直径は5-9nmであり、[[wikipedia:JA:らせん|らせん]]構造の半周期は約37nmで、この半周期の両プロトフィラメント上に約13.5個の球状アクチンが存在する。 | ||
アクチンフィラメントには[[wikipedia:JA:極性|極性]]がある。[[wikipedia:JA:電子顕微鏡|電子顕微鏡]]観察によりアクチンフィラメントに結合したミオシンがやじり様に見えるため、フィラメントの一端をbarbed end、他端をpointed endと呼ぶ。生理的な環境では、アクチンの[[wikipedia:JA:重合|重合]]はbarbed endで起こり脱重合はpointed endで起こるため、前者をプラス端、後者をマイナス端と呼ぶ。 | |||
== トレッドミリング == | == トレッドミリング == | ||
細胞内に存在する多種多彩なアクチン結合蛋白質がアクチンフィラメントの動態を制御しているが、アクチンフィラメントに固有の特徴としてトレッドミリングが挙げられる<ref><pubmed> 18391171 </pubmed></ref> | 細胞内に存在する多種多彩なアクチン結合蛋白質がアクチンフィラメントの動態を制御しているが、アクチンフィラメントに固有の特徴としてトレッドミリングが挙げられる<ref><pubmed> 18391171 </pubmed></ref>。個々のアクチン蛋白質は[[wikipedia:JA:アデノシン三リン酸|アデノシン三リン酸]]（ATP）または[[wikipedia:JA:アデノシン二リン酸|アデノシン二リン酸]]（ADP）と結合している。アクチンフィラメントはATP[[wikipedia:JA:加水分解|加水分解]]活性を有するため、フィラメントを構成するアクチン蛋白質は時間とともにADP結合型となっていく。 | ||
アクチンの重合反応と脱重合反応の速度はフリーの球状アクチンの濃度に依存し、両反応速度が等しくなる時の球状アクチン濃度を[[wikipedia:JA:臨界濃度|臨界濃度]]と呼ぶ。球状アクチン濃度が臨界濃度よりも高い場合には重合が優位となり、臨界濃度よりも低い場合には脱重合が優位となる。ATP型アクチンの臨界濃度はADP型アクチンの臨界濃度よりも低く、ATP型アクチンは重合しやすくADP型アクチンは脱重合しやすい。 | |||
球状アクチンが3量体となりフィラメント重合のための核を形成すると、ATP型アクチンはプラス端へ重合してフィラメントを伸長する。ATP型アクチンの重合によるフィラメント伸長がATP加水分解よりも速ければ、フィラメントプラス端はATP型アクチンのままである。そして、フィラメント内でADP型に変換されたアクチンは、マイナス端から脱重合して取り除かれる。このように、アクチンフィラメントのATP加水分解活性が、プラス端での重合とマイナス端での脱重合（トレッドミリング）に重要な役割をはたしている。 | 球状アクチンが3量体となりフィラメント重合のための核を形成すると、ATP型アクチンはプラス端へ重合してフィラメントを伸長する。ATP型アクチンの重合によるフィラメント伸長がATP加水分解よりも速ければ、フィラメントプラス端はATP型アクチンのままである。そして、フィラメント内でADP型に変換されたアクチンは、マイナス端から脱重合して取り除かれる。このように、アクチンフィラメントのATP加水分解活性が、プラス端での重合とマイナス端での脱重合（トレッドミリング）に重要な役割をはたしている。 | ||
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== 重合制御 == | == 重合制御 == | ||
球状アクチンに結合する蛋白質[[プロフィリン]]は、ADPをATPへ交換してATP型アクチンの生成を触媒し、アクチンフィラメントのプラス端での重合反応を促進する。一方、アクチン重合反応は[[キャッピング蛋白質]]により負に制御されている。キャッピング蛋白質がフィラメントのプラス端を覆うと、新たな球状アクチンがプラス端に結合できず重合が阻害される。 | |||
アクチンフィラメントの重合制御、すなわち重合可能なプラス端の形成には主として以下の3つのメカニズムが関与すると考えられている<ref><pubmed> 12600310 </pubmed></ref> | アクチンフィラメントの重合制御、すなわち重合可能なプラス端の形成には主として以下の3つのメカニズムが関与すると考えられている<ref><pubmed> 12600310 </pubmed></ref>：（１）アクチン重合核形成。既存のフィラメントの側面に[[Arp2/3]]（actin-related protein 2/3）複合体が結合し、そこを新たな重合核として分岐したフィラメントが伸長する。（２）フィラメント切断。[[ADF]]（[[actin depolymerizing factor]]）/[[コフィリン]]がADP型フィラメントを切断し、重合可能なプラス端を露出する。（３）アンキャッピング。プラス端を覆うキャッピング蛋白質をはずして重合を可能にする。 | ||
このようなアクチンフィラメントの動態は、主として[[Rho]]ファミリー[[GTP結合蛋白質]]の下流シグナルにより制御されている<ref><pubmed> 18719708 </pubmed></ref>。 | |||
== 線維束とネットワーク == | == 線維束とネットワーク == | ||
[[フィロポディア]]の主要細胞骨格であるアクチン線維束は、[[ファシン]]などの蛋白質が多数のアクチンフィラメントを束ねたものである。また[[ラメリポディア]]には、Arp2/3複合体による分岐構造を豊富に含むアクチンネットワークが存在する<ref><pubmed> 18209731 </pubmed></ref>。 | |||
[[Ena/VASP]]（Enabled/vasodilator-stimulated phosphoprotein）は、プラス端キャッピングを抑制してアクチン重合速度を亢進することにより、非分岐の長いフィラメントを形成する<ref><pubmed> 18508258 </pubmed></ref>。これらフィラメントがファシンなどにより束化されて、アクチン線維束が構築される。 | |||
== ミオシンとの相互作用 == | == ミオシンとの相互作用 == | ||