「膜融合」の版間の差分

　ほとんどの細胞内の構造体は、大きさの違いはあるものの、脂質膜による小胞よって構成されている。細胞の脂質膜は、[[wikipedia:JA:脂質二重膜|脂質二重膜]]から構成され、水溶性の[[シグナル伝達物質]]等を通すことができない。これらの脂質二重膜小胞の二つが、融合して一つになる現象を、ここでは膜融合と呼ぶ。つまり、膜融合は二つの分かれた脂質二重膜からなる小胞が融合し、一つの小胞になる過程である。膜融合を行う小胞の大きさは様々であり、[[ゴルジ体]]や[[小胞体]]膜を構成する小胞のように数百nm程度の比較的小さい小胞同士が融合する場合が最も良く研究されている。また、ゴルジ体等から[[細胞膜]]に輸送される小胞が最終的には細胞膜と融合する場合もある。この現象は[[神経伝達物質]]等の[[細胞外分泌]]（Exocytosis）に必要不可欠な過程である。また、より大きな細胞と[[wikipedia:JA:ウイルス|ウイルス]]の融合、あるいは細胞同士の融合も膜融合の過程ととらえることができる。

　脂質二重膜の融合は、ほとんどの場合、脂質二重膜同士の繋留（tethering）、二重膜のうちの互いに接する一重膜部分のみの半融合(hemifusion)、残りの遠位の膜の融合と孔形成(full fusion)の順で生じると考えられる。繋留から半融合の過程では、融合する部分の脂質膜の曲率が高まった高エネルギー状態の中間体を取ると考えられる<ref><pubmed> 20211126 </pubmed></ref> <ref><pubmed> 20471239 </pubmed></ref>。

　特に神経伝達物質の放出に伴う膜融合には[[Synaptotagmin]]の役割が注目されている。Synaptotagmin Iは65kDaの膜タンパク質で、膜貫通ドメインと細胞質側の2つの[[C2ドメイン]]の繰り返しの構造（C2AとC2B）を持っている。膜貫通ドメインでシナプス小胞の膜に存在し、C2ドメインでCa²⁺の濃度を感知する。このCa²⁺との結合は、C2ドメインに脂質膜結合能を持たせ、細胞膜側の脂質膜のチューブ化あるいは局所的な曲率の増大を引き起こすと考えられている。この局所的な脂質膜の曲率の増大は、膜の融合を効率化すると考えられる<ref><pubmed> 17478680 </pubmed></ref> <ref><pubmed> 19703397 </pubmed></ref>。

　膜の融合装置の本体と考えられるものは、SNARE(Soluble N-ethylmaleimide sensitive fusion protein attachment protein receptor)タンパク質(SNARE)複合体である。SNAREタンパク質には、多くの場合、標的側と考えられる大きい方の構造体の脂質膜に存在する[[t-SNARE]]/Q-SNARE（Qa-SNARE:シンタキシン（Syntaxin）1A/1Bなど、QbあるいはQcあるいはQbc-SNARE:[[SNAP25]](synaptosomal-associated protein 25)など）と小胞側の[[v-SNARE]]/R-SNARE（[[synaptobrevin]]/[[VAMP]]（vesicle-associated membrane protein)など）が存在している。動物細胞では少なくとも35種、[[wikipedia:JA:酵母|酵母]]で24種の異なるSNAREが存在しており、それぞれがオルガネラ特有のエクソサイトーシスや[[エンドサイトーシス]]に関連している。SNAREには様々な大きさと構造があるが、60-70アミノ酸からなる[[wikipedia:JA:コイルドコイル|コイルドコイル]]を含む共通のSNAREモチーフを持っている。SNAREsが小胞を正しいターゲット膜に融合させるというSNARE仮説が提唱されている。

　膜の融合過程においては、繋留の後、小胞側のv-SNARE/R-SNAREと標的側のt-SNARE（Qa-SNARE + Qbc-SNAREまたはQa-SNARE + Qc-SNARE + Qc-SAARE）の組み合わせで4つのヘリックス束を形成し、二つの膜をつなぎとめる。この状態をtrans-complexと呼ぶ。この状態で小胞と標的側の膜が近接した状態となり、脂質二重膜の[[wikipedia:JA:半融合|半融合]]を経て、膜が融合すると考えられている。膜融合の後のv-SNAREとt-SNAREの膜貫通ドメインが同じ膜上にある状態をcis-complexと呼ぶ。cis-complexのSNAREsにNSF (N-ethylmaleimide-sensitive factor)が結合してSNARE複合体を解離させ、次の融合に備える<ref><pubmed> 16912714 </pubmed></ref> <ref><pubmed> 18496517 </pubmed></ref>。