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細胞骨格タンパク質の研究は、常に形態学的研究の進展とともにあった。真核細胞の細胞質には[[wikipedia:JA:トライトン|トライトン]](Triton)不溶性の線維構造があると分かり、これが“細胞骨格”分画と呼ばれ、[[wikipedia:JA:電子顕微鏡|電子顕微鏡]]等による研究が行われるようになった。生物電子顕微鏡のパイオニアであり細胞生物学の創始者のひとりであるK.Porterは[[wikipedia:ja:超臨界乾燥|臨界点乾燥法]]を用いて細胞質には複雑な網目状の構造 microtrabecula があるとした。 | 細胞骨格タンパク質の研究は、常に形態学的研究の進展とともにあった。真核細胞の細胞質には[[wikipedia:JA:トライトン|トライトン]](Triton)不溶性の線維構造があると分かり、これが“細胞骨格”分画と呼ばれ、[[wikipedia:JA:電子顕微鏡|電子顕微鏡]]等による研究が行われるようになった。生物電子顕微鏡のパイオニアであり細胞生物学の創始者のひとりであるK.Porterは[[wikipedia:ja:超臨界乾燥|臨界点乾燥法]]を用いて細胞質には複雑な網目状の構造 microtrabecula があるとした。 | ||
現在はこの説は退けられているが、細胞質内のタンパク質性の線維は、微小管(直径25nm)、中間径フィラメント(10nm)、微細線維(マイクロフィラメント)(6nm) の三種類に分類されている。微小管は中空で径も大きく電子顕微鏡像で容易に区別がつく。アクチンフィラメントには[[ミオシン]] | 現在はこの説は退けられているが、細胞質内のタンパク質性の線維は、微小管(直径25nm)、中間径フィラメント(10nm)、微細線維(マイクロフィラメント)(6nm) の三種類に分類されている。微小管は中空で径も大きく電子顕微鏡像で容易に区別がつく。アクチンフィラメントには[[ミオシン]]が結合する。ミオシン頭部を細胞骨格試料に加えて、電子顕微鏡で観察すると、マイクロフィラメントが矢じり状に修飾されるのが観察される。そこでマイクロフィラメントが筋肉で研究されてきたアクチンフィラメントに相当するものであることが分かった(注意深い議論をする場合は、その成分がアクチンであると証明されるまでは、マイクロフィラメントという呼称を用いる)。一方、ミオシン頭部が全く結合しないことで中間径フィラメントが別に存在することが確立した。 | ||
1970年代以降、[[wikipedia:JA:抗体|抗体]]を用いた[[wikipedia:JA:免疫染色|蛍光抗体光学顕微鏡法]]は、細胞骨格タンパク質の細胞内の3次元構築を明らかにした。1980年代、[[急速凍結ディープエッチ法]]は電子顕微鏡レベルで細胞骨格の三次元的構成を示した。一方、生化学的研究の進展は、その構成タンパク質および関連タンパク質を明らかにし、それら線維の重合脱重を試験管内で再現した。これに対応し、蛍光標識した構成タンパク質とビデオ顕微鏡を用いて生細胞内での細胞骨格成分の動態が観察できるようになった。ビデオ顕微鏡は、この分野の大きな進展である軸索輸送のモーター分子である[[キネシン]]の発見(1985)をもたらした。多数のキネシン類縁タンパク質の輸送のみならず、細胞分裂等への関与が研究された。昔から知られてきたミオシンと[[ダイニン]]についても、新たな類縁タンパク質群が発見された。これらのモーター分子のアッセイや細胞骨格の重合脱重合のメカニズムの研究に、[[一分子イメージング]]など光学顕微鏡技術の進展が大きく寄与している。 | |||
== 細胞骨格の機能 == | == 細胞骨格の機能 == | ||
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===細胞内分布と機能=== | ===細胞内分布と機能=== | ||
一般的な細胞では、中心体から放射状に細胞質全体に放射するほか、[[wikipedia:JA:精子|精子]]の[[wikipedia:JA:鞭毛|鞭毛]] | 一般的な細胞では、中心体から放射状に細胞質全体に放射するほか、[[wikipedia:JA:精子|精子]]の[[wikipedia:JA:鞭毛|鞭毛]]や上皮細胞の線毛、分裂細胞の[[wikipedia:JA:紡錘糸|紡錘糸]]の主要成分である。 | ||
===神経細胞での特徴=== | ===神経細胞での特徴=== | ||
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アクチンの研究は筋の研究からはじまり歴史が長く、対象生物も酵母、粘菌からヒトまで幅広いため、関係する蛋白を網羅するのは難しい。そこで、アクチンが主に作用する幾つかの良く研究されている細胞内の事象に関連するタンパク質を概説する。 | アクチンの研究は筋の研究からはじまり歴史が長く、対象生物も酵母、粘菌からヒトまで幅広いため、関係する蛋白を網羅するのは難しい。そこで、アクチンが主に作用する幾つかの良く研究されている細胞内の事象に関連するタンパク質を概説する。 | ||
====アクチンフィラメント端での重合脱重合==== | ====アクチンフィラメント端での重合脱重合==== | ||
プロフィリンは12-15 kDのアクチンモノマー結合タンパク質。単量体アクチンのADP-ATP交換反応を加速する。プロフィリンはアクチン伸長を助けるが、アクチン重合核の形成に対しては阻害的に働く。一方ADF/コフィリンは、アクチン繊維を切断・脱重合する活性をもつ20 | プロフィリンは12-15 kDのアクチンモノマー結合タンパク質。単量体アクチンのADP-ATP交換反応を加速する。プロフィリンはアクチン伸長を助けるが、アクチン重合核の形成に対しては阻害的に働く。一方ADF/コフィリンは、アクチン繊維を切断・脱重合する活性をもつ20 kDaのアクチン結合タンパク質である。ADP結合型のアクチンに対してより高い親和性を持ち、古いアクチン線維を切断・脱重合すると考えられている。キャッピングタンパク質がアクチンフィラメントの端につくと、重合も脱重合もしない安定なフィラメントを形成する。 | ||
====微絨毛==== | ====微絨毛==== | ||
小腸上皮細胞の頂部等にある突起。この中には突起先端を+端としたアクチンフィラメントの束がある。これを束ねる架橋形成タンパク質にビリンやフィンブリンなどがあり、アクチンの束と細胞膜の間にはミオシンIが豊富である。 | 小腸上皮細胞の頂部等にある突起。この中には突起先端を+端としたアクチンフィラメントの束がある。これを束ねる架橋形成タンパク質にビリンやフィンブリンなどがあり、アクチンの束と細胞膜の間にはミオシンIが豊富である。 | ||
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Arp2/3複合体は、二つのアクチン関連タンパク質 (actin-related protein) Arp2とArp3を含むヘテロ七量体のタンパク質複合体であり、枝分かれしたアクチン 繊維を形成することができる。これらはさらにWASPやracにより制御されている。 | Arp2/3複合体は、二つのアクチン関連タンパク質 (actin-related protein) Arp2とArp3を含むヘテロ七量体のタンパク質複合体であり、枝分かれしたアクチン 繊維を形成することができる。これらはさらにWASPやracにより制御されている。 | ||
====アクチンの重合によるリステリア菌の細胞内移動==== | ====アクチンの重合によるリステリア菌の細胞内移動==== | ||
この菌は侵入した細胞内で、菌の一方の端(後ろ)にActAを用いて宿主細胞のアクチンフィラメントを重合させ, その反作用で前に進む。 | |||
====細胞膜の裏打ち==== | ====細胞膜の裏打ち==== | ||
ERMタンパク質 エズリン、ラディキシン、モエシン はN末に赤血球細胞骨格タンパク質のBand4.1 様のドメインFERMがあり、膜と結合する。一方、C末はアクチン線維と結合する。 | |||
====細胞接着==== | ====細胞接着==== | ||
ラミニンなどと結合したインテグリンはタリン、ビンクリンを介してアクチン細胞骨格を制御する。カドヘリンは細胞間の接着に役割を果たすが、細胞内ではαβカテニンを介してアクチン細胞骨格に結合する。 | |||
====アクチンフィラメント上のモーター分子==== | ====アクチンフィラメント上のモーター分子==== | ||
ミオシン:ATPを加水分解し、アクチンフィラメントの上を移動する。骨格筋の収縮を担うミオシンはミオシンIIである。ミオシンV は神経細胞にも豊富だが、その機能としては細胞内のメラニン顆粒の分布の制御が詳しく研究されている。 | |||
===細胞内分布と機能=== | ===細胞内分布と機能=== | ||
細胞膜と強く関連し、細胞運動や移動で重要な役割を果たす。一般的な細胞では細胞膜直下に多い。細胞膜が分化した構造である[[wikipedia:JA:微絨毛|微絨毛]]や接着結合、分裂時の[[wikipedia:JA:収縮輪|収縮輪]]等に多く、培養細胞の[[wikipedia:JA:ストレスファイバー|ストレスファイバー]]の主成分である。 | |||
===神経細胞での特徴=== | ===神経細胞での特徴=== | ||
神経細胞では細胞膜直下のほか、樹状突起の[[スパイン]]や、[[シナプス後肥厚 | 神経細胞では細胞膜直下のほか、樹状突起の[[スパイン]]や、[[シナプス後肥厚]] 、[[成長円錐]]に多い。<br> | ||
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