「キネシン」の版間の差分

 

[[Image:Kinesin1.jpg|thumb|350px|<b>図１　神経細胞における細胞内物質輸送</b><br />（Hirokawa et al.<ref name="ref2"><pubmed>21092854</pubmed></ref>より改変）]]

　細胞はその形態形成、及び機能発現に必要なタンパク質を合成した後、多種類の[[膜小器官]]あるいはタンパク質複合体として必要とされる部位に適切に送り分けており、この細胞内物質輸送の機構は神経細胞や[[wikipedia:ja:極性|極性]]のある[[wikipedia:ja:上皮細胞|上皮細胞]]のみでなく、あらゆる細胞で細胞機能の重要な基盤となっている。 細胞内物質輸送を担うモータータンパク質には大きく分けて、キネシン、[[ダイニン]]、[[ミオシン]]の3つがある（図１）<ref name="ref2"><pubmed>21092854</pubmed></ref>。

[[Image:Kinesin2.jpg|thumb|300px|<b>図２　（A）KIFsの分類　（B）KIFsの構造</b><br />（（Hirokawa et al.<ref name="ref2"><pubmed>21092854</pubmed></ref>より改変）]]

[[Image:Kinesin3.jpg|thumb|300px|<b>図３KIFsのカーゴ認識機構の例</b><br />（A、B、C）KIFsは、多くはアダプター蛋白や足場蛋白を介して間接的に、まれには直接的にカーゴと結合し、輸送する。（（Hirokawa et al.<ref name="ref2"><pubmed>21092854</pubmed></ref>より改変）]]

[[Image:Kinesin4.jpg|thumb|300px|<b>図4　カーゴとの結合・解離の制御機構</b><br />（A）リン酸化による制御<br />（B）Rab GTPase活性による制御<br />（C）Ca2+シグナリングによる制御<br />（Hirokawa et al.<ref name="ref2"><pubmed>21092854</pubmed></ref>より改変）]]

　キネシンは、ATPを加水分解しながら、微小管に沿ってカーゴ（荷物）を輸送する。キネシンは遺伝子ファミリーを形成しており、キネシンスーパーファミリータンパク質（kinesin superfamily proteins, KIFs）と呼ばれ、哺乳類（マウス、ヒト）で45種類の遺伝子が同定されているが、mRNA[[wikipedia:ja:スプライシング|スプライシング]]などによる複数のアイソフォームの存在により、タンパク質としてはもっと多くの種類が存在する。KIFsは15個のファミリーから成り、分子内のモーター領域の存在部位によりN-KIFs（N末）、M-KIFs（中央）、C-KIFs（C末）に分けられる（図２）<ref name="ref2"><pubmed>21092854</pubmed></ref>。一般に、N-KIFsは微小管＋（プラス）端へ、C-KIFsは微小管－（マイナス）端方向への輸送を行っており、M-KIFsは微小管の脱重合に関与している<ref name="ref1"><pubmed>19773780</pubmed></ref>。N-KIFsとC-KIFsはモーター領域（motor domain）、ストーク領域（stalk domain）、テイル領域（tail domain）より成り、モーター領域のアミノ酸配列の相同性は30～60%であるが、その他の部位のアミノ酸配列は各KIFsに特徴的で、多様性に富んでいる。モーター領域には微小管結合部位とATP結合部位があり、一般に、テイル領域（まれにストーク領域）が特異的なカーゴの認識や結合に関与している。各々KIFsは、多くはアダプター蛋白や足場蛋白を介して間接的に、まれには直接的にカーゴと結合し、これを輸送する（図３）（表１）<ref name="ref1"><pubmed>19773780</pubmed></ref>。カーゴとの結合・解離の制御には、[[リン酸化]]、[[Rab]] GTPase活性、Ca²⁺シグナリングによる制御が知られている（図４）<ref name="ref1"><pubmed>19773780</pubmed></ref>。  

| [[熱ショック蛋白質|Hsc70]]  

略称: C, [[wikipedia:ja:線虫|線虫]](''C. elegans''); D, [[wikipedia:ja:ショウジョウバエ|ショウジョウバエ]](''D. melanogaster'').

　KIF1AとKIF1BはKinesin-3ファミリーに属し、KIF1BにはmRNAスプライシングにより、KIF1BαとKIF1Bβというアイソフォームがある。KIF1AとKIF1Bβは、[[シナプトフィジン]]、[[シナプトタグミン]]、[[Rab3A]]といったシナプス小胞蛋白を含むシナプス小胞前駆体を輸送する<ref name="ref5"><pubmed>7539720</pubmed></ref>。最近、Rab3との特異的な結合には、[[アダプター蛋白質]]としてDENN/MADDが[[wikipedia:ja:GTP|GTP]]依存的に働いていることが示された<ref name="ref6"><pubmed>18849981</pubmed></ref>。Kif1a及びKif1bホモ欠損マウスは共に、重篤な神経障害により生後すぐに死亡し、また、[[神経細胞死]]が認められる<ref name="ref7"><pubmed>9548721</pubmed></ref><ref name="ref8"><pubmed>11389829</pubmed></ref>。一方、Kif1a及びKif1bヘテロ欠損マウスはどちらも生存するが、Kif1aヘテロ欠損マウスでは刺激の豊かな生育環境による脳の形態的、機能的変化が障害されており<ref name="ref9"><pubmed>22365548</pubmed></ref>、一方、Kif1bヘテロ欠損マウスでは、生後1年頃より進行性の筋力低下と運動失調を認め、[[Charcot-Marie-Tooth病]]2A型（CMT type2A）の原因遺伝子の一つと考えられている<ref name="ref8"><pubmed>11389829</pubmed></ref>。また、KIF1Bαはミトコンドリアの輸送に関与している<ref name="ref10"><pubmed>7528108</pubmed></ref>。

　KIF3はKinesin-2ファミリーに属し、細胞質内だけでなく、[[wikipedia:ja:繊毛|繊毛]]や[[wikipedia:ja:鞭毛|鞭毛]]内の物質輸送（intraflagellar transport）も行っている<ref name="ref12"><pubmed>12415299</pubmed></ref>。KIF3AとKIF3Bは異なった遺伝子から由来し、KAP3（KIF-associated protein 3）と結合してヘテロ三量体（KIF3複合体）を形成し、膜小器官やタンパク質複合体を輸送する<ref name="ref13"><pubmed>8710890</pubmed></ref>。神経細胞では軸索伸長に必要な膜小胞を、フォドリンを介して認識し、輸送する<ref name="ref14"><pubmed>10725338</pubmed></ref>。また、KIF3複合体は、繊毛の構成成分をタンパク質複合体として線毛の基部から先端部へ輸送し、繊毛の形成と維持に重要な役割を果たしている<ref name="ref15"><pubmed>22285930</pubmed></ref>。さらに、Kif3a及びKif3bホモ欠損マウスの解析により、KIF3が[[wikipedia:ja:胎児|胎児]]初期のnodeの線毛を形成し、この繊毛が回転運動をすることによってnode領域で胎児外液の左方向への流れ（node流）を作り、これが体の左右軸を決定することが示された<ref name="ref16"><pubmed>9865700</pubmed></ref><ref name="ref17"><pubmed>10330409</pubmed></ref><ref name="ref18"><pubmed>15907475</pubmed></ref>。近年、KIF3複合体がN-cadherin/β-catenin複合体を形質膜に輸送することで細胞増殖を制御し、腫瘍形成の抑制に働いていることが明らかとなった<ref name="ref19"><pubmed>15834408</pubmed></ref>。  

　KIF5はKinesin-1ファミリーに属し、kinesin light chains（KLCs）と複合体を形成する。KIF5にはKIF5A、KIF5B、KIF5Cの3つのアイソフォームがあるが、発現場所、発現量はそれぞれ異なる。KIF5Bは全身に発現しているのに対し、KIF5A、KIF5Cは神経特異的に発現している<ref name="ref22"><pubmed>10964943</pubmed></ref>。これらは各々、異なる[[アダプター蛋白質]]や[[足場蛋白質]]を介して様々な膜小胞、[[wikipedia:ja:リソソーム|リソソーム]]リソソーム、ミトコンドリアなどのカーゴを輸送する<ref name="ref23"><pubmed>9456325</pubmed></ref><ref name="ref24"><pubmed>9657148</pubmed></ref>が、互いに類似の機能も持ち、一部の機能は相補的である。KIF5による輸送の例として、神経軸索では、[[アルツハイマー病]]に関与する[[アミロイド前駆体タンパク質]](APP)の輸送や<ref name="ref25"><pubmed>11740561</pubmed></ref>、[[シンタブリン]](syntabulin)をアダプター蛋白とした[[シンタキシン]](syntaxin) 1の輸送などがある<ref name="ref26"><pubmed>17611281</pubmed></ref>。また、近年、KIF5によるミトコンドリアの輸送にCa²⁺濃度依存的な制御が働いていることが示された<ref name="ref27"><pubmed>19135897</pubmed></ref>。一方、樹状突起では、GRIP1を介したAMPA受容体サブユニットGluR2の輸送や<ref name="ref28"><pubmed>11986669</pubmed></ref>、HAP1（huntingtin-associated protein 1）を介したGABA受容体の輸送<ref name="ref29"><pubmed>20152113</pubmed></ref>、さらにはmRNA・タンパク質複合体（mRNP complex）の輸送<ref name="ref30"><pubmed>15312650</pubmed></ref>を担っている。また、KIF5Aの遺伝子変異は[[遺伝性痙性対麻痺]]を引き起こすことが知られている<ref name="ref31"><pubmed>12355402</pubmed></ref>。  

　KIF17はKinesin-2ファミリーに属し、樹状突起で[[Mint1]]（LIN10）を含む足場蛋白複合体を介してNMDA型グルタミン酸受容体サブユニットのNR2Bに結合し、これを輸送する<ref name="ref34"><pubmed>10846156</pubmed></ref>。また、カーゴの解離には、[[CaMKⅡ]]αによるKIF17の[[リン酸化]]が重要である<ref name="ref35"><pubmed>18066053</pubmed></ref>。近年、遺伝子改変マウスの解析により、KIF17は単にNMDA受容体を輸送するだけでなく、[[wikipedia:ja:転写因子|転写因子]][[CREB]]のリン酸化を介してKIF17及びNR2B mRNAsの転写を促進し、記憶・学習を制御していることが明らかとなった。KIF17を過剰発現させたマウスでは、[[空間記憶|空間]]及び[[作業記憶]]の向上が見られ<ref name="ref36"><pubmed>12391294</pubmed></ref>、一方で、Kif17ホモ欠損マウスでは、[[海馬]]依存的記憶の障害が認められた<ref name="ref37"><pubmed>21521616</pubmed></ref>。また、KIF17はNR2AとNR2Bの発現量を異なる機序で制御し、シナプスの機能や可塑性に重要な働きをしていることが示された<ref name="ref37"><pubmed>21521616</pubmed></ref>。

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