■基礎の基礎

│細胞│

細胞小器官　organelle　参考

• 細胞の内部で特に分化した形態や機能を持つ構造の総称である。
• 細胞小器官が高度に発達していることが、真核細胞を原核細胞から区別している特徴の一つである。
• 細胞小器官の呼称は、顕微鏡技術の発達に従い、それぞれの器官の同定が進むとともに産まれた概念である。したがってどこまでを細胞小器官に含めるかについては同定した経過によって下記のように混乱が見られる。細胞小器官を除いた細胞質基質についても、新たな構造や機能が認められ、細胞小器官を分類して論じることは今日ではあまり重要な意味をなさなくなってきつつある。
• 第一には、最も早い時期に同定された核、小胞体、ゴルジ体、エンドソーム、リソソーム、ミトコンドリア、葉緑体、ペルオキシソーム等の生体膜で囲まれた構造体だけを細胞小器官と呼ぶ立場があり、またこれらはどの場合でも細胞小器官に含められている。これらを膜系細胞小器官と呼ぶ場合もある。膜系細胞小器官が内を区画することにより、色々な化学環境下での生反応を並行することを可能にしている。また膜の内外で様々な物資の濃度差を作ることができ、このことを利用してエネルギー生産（電子伝達系）や、物質の貯蔵などを行っている。さらに小胞体、ゴルジ体、エンドソーム、リソソームは、小胞を介して細胞膜と連絡しあっていて、この細胞内膜系と呼ばれるネットワークを通じて物質の取込み（エンドサイトーシス）や放出（分泌）を行うことで、他の細胞や細胞外とのコミュニケーションを達成している。
• 第二には、細胞骨格や、中心小体、鞭毛、繊毛といった非膜系のタンパク質の超複合体からなる構造体までを細胞小器官に含める場合もある。
  
  

  細胞内膜系　endomembrane system 細胞に存在する様々な膜から構成される。 真核細胞の細胞小器官のうち単膜系のもの，つまり，小胞体（核膜を含む）、ゴルジ体、リソソーム／液胞、分泌小胞／分泌顆粒、エンドソームなどは，もともと細胞膜が細胞質内に陥入したことにより生じた細胞内膜系に属し，細胞膜を含めた複雑な膜交通（membrane traffic）のネットワークを形成している これらの膜は、細胞内を機能的・構造的区画（細胞小器官）へ分割している。膜に含まれるタンパク質や構成する脂質に違いは見られるものの、全ての膜は脂質二重層でできている。

  小胞体　endoplasmic reticulum　←→小胞体膜受容体/小胞膜トランスポーター 真核生物の細胞小器官の一つであり、一重の生体膜に囲まれた板状あるいは網状の膜系 核膜の外膜とつながっている。 電子顕微鏡による観察でその存在が明確に認識された。 粗面小胞体　rough-surfaced endoplasmic reticulum：rER リボソームが付着している小胞体の総称　核膜の外膜と粗面小胞体は連続している。 リボソーム中にはRNAが多く含まれるため、粗面小胞体は好塩基性に染色される。 分泌たんぱく質、膜たんぱく質、リソソーム酵素は粗面小胞体膜状の付着リボソームで合成される。 膵外分泌細胞、胃底腺主細胞、形質細胞、肥満細胞、神経細胞などのタンパク質合成が盛んな細胞でよく発達する。分泌された物質はゴルジ体へ輸送される。 滑面小胞体　smooth-surfaced endoplasmic reticulum：sER リボソームが付着していない小胞体の総称 通常細管状の網目構造をとる。 粗面小胞体とゴルジ複合体シス網との移行領域、粗面小胞体との連続部位に存在する。 トリグリセリド、コレステロール、ステロイドホルモンなど脂質成分の合成やCa2+の貯蔵などを行う。 ステロイド産生細胞、肝細胞、骨格筋や心筋、胃底腺壁細胞、精巣上体の上皮細胞で多く存在する。 小胞体ストレス　endoplasmic reticulum stress　←→小胞体品質管理 さまざまな内的あるいは外的環境変化にさらされることで、小胞体内腔に高次構造の異常なタンパク質や正常な修飾を受けていないタンパク質が蓄積した状態 異常なタンパク質は、折りたたみ不全タンパク質(unfolded protein)と呼ばれ、小胞体内のカルシウム枯渇、細胞への酸化ストレス、変異タンパク質の発現、低グルコース状態や低酸素状態など、様々な生理的ストレスによって生じる。 ストレス要因がなくとも、分泌細胞のように小胞体の処理能力を超えるタンパク質が小胞体内に輸送される場合にも生じる。 小胞体ストレスは細胞にダメージを与えるため、細胞にはこれを回避するシステムが備わっており、小胞体ストレス応答と呼ばれる。 小胞体ストレス応答　Unfolded protein respons：UPR 細胞は巧妙なストレス応答による小胞体におけるタンパク質の細胞内品質管理システムをもち、不良タンパク質は正しい機能を発揮する。 小胞体ストレス応答が正常に機能しない場合や、回避能力を超える過度の小胞体ストレスが負荷された場合、アポトーシスにより細胞は死に至る。 この応答機構は大きく分けて以下の三つの反応で構成される。 新たなタンパク質生合成を抑制するために、タンパク質の翻訳をブロックする。 小胞体分子シャペロンの転写誘導によって折りたたみ不全タンパク質を折りたたみ直すことで不良タンパク質を減らす。 不良タンパク質を小胞体内腔から引きずり出し、プロテアソームに受け渡すことで不良タンパク質を分解する小胞体関連分解と呼ばれる機構によって、ストレス状態を軽減する。 小胞体関連分解　ER associated degradation：ERAD 小胞体内不良タンパク質を小胞体から細胞質へと逆輸送し、ユビキチン-プロテアソーム系によって分解する機構 ERAD複合体は多数のタンパク質から構成されていて、基質タンパク質によってその構成因子が異なる。

  
  

  エンドソーム　endosome エンドソームはエンドサイトーシスによって細胞内へと取り込まれた様々な物質の選別・分解・再利用などを制御するオルガネラの総称である。 エンドソームは形態的な特徴や機能的な特徴をもとに、初期エンドソーム（early endosome）・後期エンドソーム（late endosome）・リサイクリングエンドソーム（recycling endosome）に大別される。 エンドソームは膜輸送の中継地点として機能することで細胞内の物質輸送を司ることから、神経機能をはじめとする様々な生命現象において重要な役割を果たしている。

  小胞　vesicle　←→シナプス小胞/小胞輸送関連タンパク 細胞内にある膜に包まれた袋状の構造で、細胞中に物質を貯蔵したり、細胞内外に物質を輸送するために用いられる。 代表的なものに液胞やリソソームがある。小胞は、脂質膜の化学的な特性上、自然に形成される構造である。 ほとんどの小胞は何かしらの特化した機能を持っており、その機能は小胞内に含まれる物質によって異なる。

  液胞　vacuole　←→V型ATPase 生物の細胞中にある構造のひとつである。 電子顕微鏡で観察したときのみ、動物細胞内にもみられる。主な役割として、ブドウ糖のような代謝産物の貯蔵、無機塩類のようなイオンを用いた浸透圧の調節・リゾチームを初めとした分解酵素による不用物の細胞内消化、不用物の貯蔵がある。 液胞は細胞内にある液胞膜と呼ばれる膜につつまれた構造であり、その内容物を細胞液と呼ぶ。若い細胞では小さいが、細胞の成長につれて次第に大きくなる。これは、成長する過程で排出された老廃物をため込むためである。良く育った細胞では、多くの場合、細胞の中央の大きな部分を液胞が占める。植物細胞において葉緑体が細胞の表面に張り付いたように並んでいるのは、内部を液胞が占めているためでもある。 秋頃の紅葉が赤や黄色をしているのは、液胞内に色素が不用物として詰め込まれているからである。 蜜柑などの酸味や花の色は、液胞中にある色素（アントシアンなど）に由来している。

  リソソーム、ライソソーム、水解小体　lysosome 真核生物が持つ細胞小器官の一つ 語源は、“lysis(分解)”+“some(〜体)”に由来する。 生体膜につつまれた構造体で細胞内消化の場である。内部に加水分解酵素を持ち、エンドサイトーシスやオートファジーによって膜内に取り込まれた生体高分子はここで加水分解される。 リソソームは，酸性で働く種々のリソソーム酵素を内包していて、細胞内外から取り込まれた生体分子を加水分解する細胞内オルガネラの一つである。 分解された物体のうち有用なものは、細胞質に吸収される。不用物はエキソサイトーシスによって細胞外に廃棄されるか、残余小体として細胞内に留まる。 単細胞生物においては、リソソームが消化器として働いている。 一次リソソーム　primary lysosome 分解基質を含まないリソソームを指し、内部が均一な高電子密度顆粒である。 二次リソソーム　secondary lysosome エンドソーム、ファゴリソソーム、オートリソソームと融合し分解基質を含んだリソソーム 二次リソソームの大きさや形態は多様性に富んでいて、内部に基質由来の粒子、層板状構造を認めることが多い。 二次リソソームはさらに基質の輸送経路に従ってファゴリソソーム、オートリソソームなどとも呼ばれるが、両者は相互排他的ではないため明確に区別できない。 またリソソームの生合成過程で出現する未成熟なリソソームはリソソーム前駆体（protolysosome）と呼ばれ、トランスゴルジ網から一次リソソームが新規合成される際や、二次リソソームからのリサイクルによって一次リソソームが再合成される際などに認められる。 ファゴリソソーム　phagolysosome＝エンドリソソーム　endolysosome 食作用の過程でファゴソームがリソソームと融合することで形成される細胞質構造 ファゴリソソームの形成は細胞内で微生物や病原体を破壊するために必要不可欠である。 ファゴソームとリソソームの膜が「衝突」することで融合が起こり、加水分解酵素を含むリソソームの内容物がファゴソームへ放出され、ファゴソームが取り込んだ粒子が消化される。消化産物のうち有用な物質は細胞質へ移動し、他のものはエキソサイトーシスによって排出される。 オートリソソーム　autolysosome オートファゴソームはリソソームと融合し、オートファゴソームの内膜と隔離した細胞質成分はリソソーム由来の酵素により分解され、一重膜のオートリソソームとなる。 残余小体　residual body 未分解基質を多量に蓄積したリソソーム 老齢個体の肝細胞、心筋細胞、神経細胞などで認める。 残余小体は「消耗性色素」「リポフスチン顆粒」とも呼ばれ、しばしば自家蛍光を発する。 可溶性サイトゾルタンパク質 soluble cytosolic proteins リソソーム内腔には生体高分子（タンパク質、脂質、糖質など）を構成単位（アミノ酸、リン脂質、糖、核酸など）にまで分解できる約60種類の加水分解酵素が存在する。プロテアーゼ、グリコシダーゼ、リパーゼ、ホスファターゼ、ヌクレアーゼ、ホスホリパーゼ、スルファターゼなどがあり、多くは酸性域に至適pHを持つため、酸性加水分解酵素と総称される。これらはA-B + H2O → A-H + B-OHという加水分解反応によって基質を分解する。 リソソームに局在するプロテアーゼは20種類以上あり、それらはカテプシンと名付けられ、A-Zまで存在する。リソソームにはカテプシン以外の名称のプロテアーゼも存在する（Legumain、Napsin、TPP1など）。これらのプロテアーゼは活性中心のアミノ酸残基の違いから、システインプロテアーゼ（カテプシンB、C/J/DPP1、F、H/I、K/O2、L、O、S、V/L2/U、W、X/P/Z/Y、Legumain）、アスパラギン酸プロテアーゼ（カテプシンD、E、Napsin）、セリンプロテアーゼ（カテプシンA、G、TPP1）に分類される。 リソソーム酸性ホスファターゼ：LAP リソソーム関連膜糖タンパク質2 lysosome-associatedmembraneprotein-2：LAMP-2、Lysosome-associated membrane glycoprotein　←→糖タンパク質 　＝CD107b (Cluster of Differentiation 107b) リソソーム膜タンパク質 当初リソソーム膜を構成する単なる構造タンパク質と考えられていたが、近年、選択的オートファジーに関連する重要な機能分子である可能性が示唆されている。 サブタイプのひとつであるLAMP-2Aは、シャペロン介在性オートファジーの受容体として同定され、種々の病態における役割が注目されている。 LAMP-1、LAMP-2の相同ファミリーを含む多くのリソソーム膜結合性タンパク質も、リソソーム糖タンパク質の一つである。LAP、LAMP-1そしてLIMP IIの細胞質ドメインは、非リソソーム糖タンパク質の細胞外ドメインをリソソームへ送達できる。LIMP IIを除きリソソーム膜糖タンパク質は、その細胞質ドメインに、グリシン-チロシン-X-X-疎水性アミノ酸残基からなるリソソーム送達モチーフを含む。 GAPDHやMLLT11などの標的タンパク質を結合し、リソソーム分解のためにそれらを標的とすることにより機能する。

  ファゴソーム　phagosome ファゴソームは、食作用によって食細胞に取り込まれた粒子の周りに形成される小胞 ファゴソームは微生物、老化細胞、またはアポトーシスを起こした細胞の周囲に細胞膜が融合することで形成される。 ファゴソームには膜結合タンパク質が存在し、リソソームをリクルートして融合することで成熟したファゴリソソームを形成する。リソソームは加水分解酵素と活性酸素種（ROS）を含んでいて、病原体を破壊し分解する。ファゴソームは非専門食細胞（ノンプロフェッショナル食細胞）でも形成されるが、より小さな粒子しか取り込めず、ROSも含まれていない。粒子の消化から得られた有用な物質（アミノ酸など）は細胞質基質へ移行し、老廃物はエキソサイトーシスによって除去される。 ファゴソームの形成は組織の恒常性、病原体に対する自然免疫系と獲得免疫の双方において重要である。 オートファゴソーム　autophagosome：AP、オートファジー小胞 Autophagic vesicle 細胞内で二重膜に囲まれた球状の構造 異常な細胞内タンパク質、過剰なまたは傷ついた細胞小器官等の細胞質内物質や侵入した微生物を分解するシステムであるオートファジーを担う。 タンパク質分解系の１つであるオートファジーの主要なシステムのマクロオートファジーにおいて現れる二重膜で囲まれるオルガネラである。栄養飢餓などの外部刺激によりマクロオートファジーが誘導されると、オートファゴソームが隔離膜が形成され、細胞質成分や一部のオルガネラを取り囲む。その後オートファゴソームの外膜がリソソーム膜や液胞膜と融合し、オートファゴソームの内膜ごと分解酵素により分解される。 オートファジー形成後、オートファゴソームは細胞質内物質をリソソームに送る。オートファゴソームの外膜はリソソームと融合し、オートリソソームを形成する。リソソームの加水分解酵素はオートファゴソームに由来する構造と内膜を分解する。 オートファゴソームの形成は、酵母から高等真核生物まで高度に保存された遺伝子により制御される。これらの遺伝子の命名は論文により異なるが、近年は単純化されてきた。かつてAPG、AUT、CVT、GSA、PAZ及びPDDとして知られた遺伝子ファミリーは、現在はATG (AuTophaGy related)ファミリーに統一された。 オートファゴソームの大きさは、哺乳類と酵母で異なる。酵母のオートファゴソームは約500-900nmであるが、哺乳類のオートファゴソームは500-1500nmと大きい。 胚性幹細胞、胚の線維芽細胞、肝細胞等では、光学顕微鏡で環状の構造に見える。 隔離膜　Isolation membrane：IM、Phagophore：PG オートファゴソーム形成前にできてくる扁平な膜構造体 Atg5-Atg12-Atg16L複合体が隔離膜上に局在するが、閉じた構造のオートファゴソームになると複合体は解離する。そのためAtg5-Atg12-Atg16L複合体は隔離膜のマーカータンパク質として顕微鏡観察で使用される。 隔離膜形成については、小胞体と一部が連結している様子が観察されている。

  ミトコンドリア mitochondria　←→ミトコンドリアミオパチー/CPEO/MELAS Mitochondrionはギリシャ語のμίτος, mitos「糸」とχονδρίον, chondrion, 「顆粒に由来する。ミトコンドリアは糸粒体とも呼ばれる。 光学顕微鏡で観察できるオルガネラ（細胞小器官）であり、二重の生体膜からなる。 生命活動の根源を担う重要なエネルギー生成装置：酸素呼吸（好気呼吸）の場として知られている。 細胞内のエネルギー産生工場というべき、真核生物の細胞小器官であり、生命活動維持に必要なエネルギー（ATP）の95%を産生している。 酸化的リン酸化　oxidative phosphorylation 電子伝達系に共役して起こる一連のリン酸化（ATP合成）反応を指す。 細胞内で起こる呼吸に関連した現象で、高エネルギー化合物のATPを産生する回路の一つ 好気性生物における、エネルギーを産生するための代謝の頂点といわれ、糖質、脂質、アミノ酸などの代謝がこの反応に収束する。 反応の概要は、NADHやFADHといった補酵素の酸化と、それによる酸素分子（O2）の水分子（H2O）への還元である。反応式は 　ADP + Pi + H+ ⟶ ATP + H2O , ΔG0=+ 30.5 kJ mol-1 であり、ATPシンターゼによって触媒される。ミトコンドリアの内膜とマトリックスに生じた水素イオンの濃度勾配のエネルギーを使って、ATP合成酵素によってADPをリン酸化してATPができる。 真核細胞内のミトコンドリア内膜の他に原核細胞の形質膜にも見られる反応でもある。ミッチェルの提唱した化学浸透圧説での反応機構が最も有力で、次に仮説されたように、電子伝達系によって膜の内外にプロトンの電気化学ポテンシャル差が形成され、これを利用してATP合成酵素（F0F1）が駆動し直接ATPを合成するとされる。脱共役剤は電子伝達系の反応とATP合成の反応の共役を阻害するもので、これを添加することにより電子伝達系が行われても酸化的リン酸化はおこらない。 　ミトコンドリアの電子伝達系　Electron transport chain：ETS、ミトコンドリア呼吸鎖タンパク質 電子伝達系　Electron transport chain：ETS 生物が好気呼吸を行う時に起こす複数の代謝系の最終段階の反応系である。 別名水素伝達系、呼吸鎖 mitochondrial respiratory chainなどとも呼ばれる。 ミトコンドリアは好気呼吸におけるエネルギー産生の場として、重要な細胞小器官であり、ミトコンドリア内膜上にある呼吸鎖複合体において、酸化還元反応を利用したエネルギー代謝により、ATPを産生している。 複合体 IではNADH、複合体 IIではコハク酸をそれぞれ酸化することで、ユビキノンを還元してユビキノールにし、複合体 IIIでユビキノールを酸化することでシトクロムcを還元する。複合体IVでシトクロムcが酸化され、酸素分子に電子を伝達することで水に還元する。 complexI複合体I, complexI 　＝NADH脱水酵素酵素複合体 複合体III, complexIII 　＝シトクロムb-c1酵素 複合体IV, complexIV 　＝シトクロム酸化酵素 ミトコンドリアは酸素呼吸細菌の共生を起源とする細胞内オルガネラであり、内部に自身のDNAを持ち、核との協調のもとに増殖・遺伝している。 ミトコンドリアは独自の遺伝構造を持つことから、生物進化の過程や種の拡散において注目される場合がある。ヒトではミトコンドリア・イブのような共通祖先も想定される。ミトコンドリアに関しては、元来別の細胞が細胞内共生したものに由来するとの説（細胞内共生説）が有力視されている。葉緑体に関しても共生に由来するのではないかという見方もあるが、その起源は依然不明である。 ミトコンドリア・イブ mitochondrial Eve ヒトについての分子生物学において、現生人類の最も近い共通女系祖先（the matrilineal most recent common ancestor）に対し名付けられた愛称。約16±4万年前にアフリカに生存していたと推定され、アフリカ単一起源説を支持する有力な証拠の一つである。 イブの仮説で、現在の人類の母系祖先を遡っていったとき、最初にたどりつく、共通する一人の女性祖先であるが、イブは「同世代で唯一、現生人類に対し子孫を残すことができた女性」というわけではない。人類の出アフリカの時期を求める手掛かりのうち、年代特定が比較的容易なサンプルの一つであるという以外には、彼女は人類史に特別な意味や興味を占める人物ではない。 細胞内共生説　endosymbiotic theory 真核細胞の葉緑体やミトコンドリアは、もともとは別の原核生物として独立に生活していたものが，他の生物に取り込まれて共生することで形成されたと言う説 呼吸を行うプロテオバクテリアの一種が原始的な単細胞の真核生物に取り込まれてミトコンドリアとなり、光合成を行うシアノバクテリアが取り込まれて葉緑体となった。 1970年代にはマーガレット・デイホフは分子系統解析を精力的に行い、リン・マルグリスの細胞内共生説を支持する証拠を得ることに成功している。 ヒトにおいては、肝臓、腎臓、筋肉、脳などの代謝の活発な細胞に数百、数千個のミトコンドリアが存在し、細胞質の約40%を占めている。平均では1細胞中に300〜400個のミトコンドリアが存在し、全身で体重の10%を占めている。 ミトコンドリアの光学顕微鏡による観察法としては、一部の高等学校の教科書にTTC試薬（トリフェニルテトラゾリウムクロライド）による染色法が紹介されているが、古くからヤヌスグリーンによる染色法が知られている。ヤヌスグリーンによって青緑色に染色される。 N-アセチルアスパラギン酸：NAAの合成と酸素消費やATP合成と相関がみられるので、NAAの合成は神経細胞のミトコンドリア代謝のマーカーと言える。 ミトコンドリアは独自のDNA（mtDNA）を持ち、分裂、増殖する。（mtDNAはATP合成以外の生命現象にも関与する。） ミトコンドリアDNA　参考1 ミトコンドリア内に存在するDNA ミトコンドリアの持つたんぱく質などに関する情報が主に含まれていて、ミトコンドリア自体が増殖・分裂する際には複製され、その遺伝情報は保存・伝達されている。 ミトコンドリアに必要な情報の一部は核DNAに含まれていて、ミトコンドリアは細胞の外で単体では存在できない。また逆に細胞が必要とするエネルギーを、酸素を利用して取り出せるのはミトコンドリアの働きによっていて、細胞それ自体もミトコンドリアなしには生存できない。 ミトコンドリアの異常によって起こるミトコンドリア病は、ミトコンドリアDNAの異常に起因するものと、核DNAの異常に起因するものとがある。 ミトコンドリアDNAは一般的にGC含量が低く(20-40%)、基本単位が数十kb (kilo base : 塩基対1000個単位) 程度であり、電子伝達系に関わるタンパク質、リボソームRNAやtRNAなど数十種類の遺伝子を持っている。しかしDNA分子の大きさや形状、コードされている遺伝子の数や種類などは、生物によって大きく異なる。 呼吸鎖複合体のサブユニットを構成する13種類のタンパク質、22種類の tRNA、2種類の rRNA の遺伝子がコードされている。したがって、ミトコンドリアのタンパク質合成系を構成する tRNA と rRNA は全て mtDNA にコードされ、ミトコンドリア内で供給される。 ヒトミトコンドリアの遺伝暗号表は60通りのセンスコドン（アミノ酸を指定するコドン）と4つの終止コドンからなる。60通りのセンスコドンを僅か22種類の tRNA で解読するためには、1種類の tRNAが複数のコドンを解読する必要がある。tRNA のアンチコドン1字目が未修飾のウリジンである場合、コドン3字目がA，U，G，C のどの塩基であっても翻訳できることが知られている。この仕組みはSuper wobblingあるいは４-way wobbling と呼ばれている。実際４つのコドンが同じアミノ酸を指定する4コドンボックス（ファミリーボックス）に対応するミトコンドリア tRNA のアンチコドン1字目は、全て未修飾ウリジンとなっている。ところがファミリーボックスが2種類のアミノ酸をコードする場合、コドン3字目がプリン（R＝A または G）の2コドンセット（NNR）に対応する tRNA のアンチコドン1字目には修飾されたウリジンが存在する。修飾ウリジンはNNR コドンを効率よく翻訳するために必要であると同時に、コドン3字目がピリミジン（Y＝U またはC） を持つ NNY コドンの誤翻訳を防ぐ役割がある。 したがって、MELASやMERRF の原因遺伝子であるtRNALeu（UUR）やtRNALysが，それぞれの対応するコドンである UUR と AAR を解読するためには、アンチコドン１字目に存在する修飾ウリジンが重要な役割を果たしている。 mtDNAとその遺伝子産物は一部が細胞表面にも局在し突然変異は自然免疫系が特異的に排除する。 ミトコンドリアtRNA：mt-tRNA　←→tRNA　参考* ミトコンドリアにはミトコンドリアDNAに由来する22種類の転移RNA（tRNA）が存在し、ミトコンドリアDNAに由来する13種類のタンパク質が翻訳される。 mt-tRNAは多くの化学修飾を含むことが知られていて、これまでにmt-tRNAを構成する塩基のうち、118箇所の塩基に計15種類の化学修飾が同定されている。 mt-tRNAのタウリン修飾　Taurine modification　←→タウリン療法/タウリン 5つのtRNAの34番のウリジンがタウリン修飾を受けている。 mt-tRNALeu及びmt-tRNATrpがタウリノメチル化（τm5U）されていて、 mt-tRNAGln、mt-tRNAGlu及びmt-tRNALysがタウリノメチルチオール化(τm 5s2U)されている。 また、mt-tRNATrpにおいては、37番目のアデノシンも修飾されms2i6Aとなっている。 ミトコンドリアにおけるタウリン修飾の重要性はミトコンドリア病患者での知見から示唆されている。 ミトコンドリアは細胞内エネルギー産生の90％以上を担うので、ミトコンドリア機能異常はATP産生の減少、mitochondria derived reactive oxygen species（mitROS）の増加と傷害ミトコンドリアから放出されるcytochrome Cなどのアポトーシスシグナルなどにより細胞死が引き起こされる。 ミトコンドリア由来ROS　mitochondria derived reactive oxygen species：mitROS　←→ROS 細胞内の主要なROS産生源はミトコンドリアはである。 mtDNAのROSによる傷害が、電子伝達系タンパクの合成障害を引き起こし、その結果さらにROSの増加やmtDNAの変異が引き起こされる。このようなミトコンドリア由来ROSの産生増加，mtDNA変異の蓄積増加が悪循環となり、老化を促進する。 ミトコンドリア由来ROSが増加してくること、ミトコンドリア由来ROSの抑制により糖化タンパク蓄積、ポリオール経路亢進、PKC活性化のいずれもが正常化する。また，膵β細胞においても高グルコース培養によりミトコンドリア由来ROSが増加し、グリセルアルデヒド3リン酸脱水素活性が阻害され、ブドウ糖応答性インスリン分泌第一相を障害する(糖毒性)。さらに肝細胞でTNF-aがミトコンドリア由来ROSを増加させ、このROSがASK1活性化、JNKリン酸化、IRS-1のセリンリン酸化を引き起こし、インスリンによるIRS-1のチロシンリン酸化を障害する(インスリン抵抗性)。ミトコンドリア由来ROSは糖尿病の様々な病態に深く関与しているものと考えられる。* ミトコンドリアの形態は融合と分裂のバランスのもとに維持されている。 細胞応答や分化時にはミトコンドリアの形態が大きく変化することが古くから知られていて、これは融合や分裂、あるいは細胞内での移動・配置などが変化することによって、その動的変化が進むと考えられている。 融合と分裂に制御されたミトコンドリア形態変化によって、 細胞内の移動、代謝疾患・老化、mtDNAの相補・維持、細胞の発生・分化、神経変性疾患・がん、神経機能、アポトーシス、マイトファジーがなどに関与している。 ミトコンドリア融合　fusion ミトコンドリアはダイナミックなオルガネラであり、融合と分裂を繰り返しながらその膜構造を動的に変化させている。 神経機能維持にミトコンドリア融合が重要な機能をもつ。 ミトコンドリアの融合に機能する因子Fzoが、ショウジョウバエの雄性不稔変異株の原因遺伝子として単離されている。 Fzoのホモログとしてmitofusin（Mfn）が同定された。その後Mfn2は末梢神経に障害をもつ神経変性疾患であるCharcot-Marie-Tooth病type 2aの原因遺伝子として同定され、さらに別のミトコンドリア融合因子Opa1は，視神経形成異常となるDominant Optic Atrophyの原因遺伝子として同定された ミトコンドリア分裂　fission ミトコンドリアは細胞内で新規に合成されることがないため、現存するミトコンドリアが増殖することで量を増やし、細胞分裂時に娘細胞にミトコンドリアを分配していくと考えられているが、ミトコンドリアの分裂は必ずしもその増殖とは同調していないこともわかっている。 ミトコンドリアの過度な分裂が慢性心不全の原因の一つである、心筋細胞の早期老化を誘導する原因となる。 シルニジピンはミトコンドリアの過剰分裂の抑制する機能があり、心不全の治療や糖尿病性神経障害を緩和する可能性がある。 ミトコンドリアは生命活動の根源を担う重要なエネルギー生成装置であり、ミトコンドリアの品質低下は細胞のエネルギー代謝機能異常を招き、重篤な病態や疾患を引き起こす原因になる。 ミトコンドリアは酸素呼吸により真核細胞内のほとんどのエネルギーを生産するだけでなく、脂質やステロイドホルモン・ヘムなど多様な代謝に関与している。またアポトーシス制御において中心的な機能を持つこと、ATP合成に伴って副次的に産生される酸化ストレスの主要な発生源として多様な病態に関与することなどから、近年では幅広い研究領域で注目を集めている。 ミトコンドリアの機能の低下が慢性疾患や老化の原因として注目されている。 ミトコンドリアの機能異常はミトコンドリア病だけではなく、神経筋疾患や心臓病、腎臓病、糖尿病等の疾患の原因となることが明らかになっている。 ミトコンドリアの機能の低下により、マイトファジーが阻害される。 糖尿病性神経障害：ミトコンドリアを介した代謝シグナルがニューロンやシュワン細胞への傷害をもたらし、結果的に末梢神経組織での機能的、組織学的な異常をもたらす過程が報告されている。 糖尿病において、メチルグリオキサール蓄積によってp53増加がParkinの低下を引き起こして、ミトコンドリアの機能不全が誘発され、活性酸素や炎症性サイトカインの増加によって糖尿病性神経障害となる可能性　＠府立医大天谷文昌先生 マイトファジー　mitophagy ミトコンドリアが損傷すると、活性酸素を発生させたり、チトクロムＣを放出してアポトーシスを誘導させたりして細胞にとって有害である。そこで産生された活性酸素や脱分極などがシグナルとなり、損傷したミトコンドリアを選択的にオートファジーにより丸ごと分解・除去する機構がマイトファジーである。その調節には一般的なオートファジーの制御機構に加えて，マイトファジー特異的な因子が存在する。 オートファジーを介したミトコンドリアの選択的分解機構であり、古くなったミトコンドリアの代謝に関与しているとされる。 この機構によって、ミトコンドリア機能障害が関与する疾患から生体を防御していると考えられている。 マイトファジーの実行においては、パーキンソン病の原因遺伝子として知られているParkin（ユビキチンリガーゼ）が重要な役割を果たしている。 ミトコンドリアが脱分極し不良化すると、Parkinはその外膜上に集積する。その後、Parkinのユビキチンリガーゼ活性により不良ミトコンドリアの外膜にユビキチンが付与され、このユビキチンが認識されることによりマイトファジーが実行される、と考えられている。 ミトコンドリア病 mitochondrial disease　←→ミトコンドリアミオパチー ミトコンドリア機能障害を伴う希少難病 MELAS（mitochondrial encephalomyopathy lacticacidosis and stroke-like episodes）、 慢性進行性外眼筋麻痺症候群（chronic progressive external ohptalmoplegia：CPEO）、 カーンズ・セイヤー症候群（Kearns-Sayresyndrome：KSS，CPEO＋網膜色素変性症，心伝導障害）、 Leigh脳症（Leighsyndrome：LS）、 レーバー遺伝性視神経萎縮症（Leber hereditary opticneuropathy：LHON）など ミトコンドリア機能不全によってエネルギー需要の多い神経、心筋および骨格筋の機能が障害される難治性遺伝疾患 ミトコンドリアDNAの異常に起因するものと、核DNAの異常に起因するものとがある。 ミトコンドリア病の多くはミトコンドリアDNAの点変異に起因する。半分以上のミトコンドリアDNAの点変異はtRNAをコードする領域に存在する。 日本ではミトコンドリアDNAのA3243G変異を保有するミトコンドリア病患者が特に多い。 A3243G変異はミトコンドリアtRNALeu（UUR）上に存在するが、翻訳と直結するアンチコドン領域ではないため、A3243G変異によるミトコンドリア病の発症機構が不明であった。 近年東京大学の鈴木らの研究により、ミトコンドリアtRNALeu（UUR）のアンチコドン34位Uにタウリン修飾が発見された。さらにA3243Gを有するMELAS患者ではタウリン修飾が消失していた。なぜA3243G変異が遠位の34Uの修飾に影響するかは完全に解明されていないが、タウリン修飾の存在は揺らぎコドンの読み取りに重要であるため、タウリン修飾がないtRNALeu（UUR）は揺らぎコドンを有するUUGコドンを解読できない。これらの発見から、A3243G変異を伴うミトコンドリア病は、タウリン修飾の欠損によるミトコンドリア翻訳異常が原因である可能性が考えられた。 新規ミトコンドリア病治療薬候補　←→ミトコンドリア病 Mitochonic acid 5：MA-5　参考* MA-5は阿部高明教授（東北大学）のグループが腎性貧血の病態解明のためCKD患者の血液のメタボローム解析から、2015年にインドール化合物注を元に開発した新薬 ミトコンドリア病モデルマウス（ミトマウス）にMA-5を長期投与すると、心臓と腎臓のミトコンドリア呼吸鎖タンパク質complexIVのcytochrome coxidase（COX）活性が上昇してミトコンドリア呼吸機能が改善した。 細胞内ATP産生の効率を高める効果があり、ミトコンドリア病患者の細胞の生存率を上昇させることが報告されている。 封入体筋炎患者由来の細胞の病態改善に有効であることが報告されている。

  ペルオキシソーム　peroxisome　←→PGC-1α ペルオキシソームはほぼ全ての真核細胞が持つ細胞小器官で、多様な物質の酸化反応を行っている。 一重の生体膜に包まれた直径0.1-2マイクロメートルの器官で、多くは球形を成す。哺乳類の細胞では数百から数千個が一細胞内に存在する。環境や細胞によって必要とされる機能が異なるため、数大きさ構造等様々に異なる。 ペルオキシソームの関わる代謝経路には、超長鎖脂肪酸のベータ酸化、コレステロールや胆汁酸の合成、アミノ酸やプリンの代謝などが知られ、これらは内腔に含まれるオキシダーゼによって行われる。オキシダーゼの働きによって活性酸素の一種である過酸化水素が発生するが、これは同様に内腔に含まれるカタラーゼによって分解される。 ペルオキシソームは、リソソームやゴルジ体等の細胞小器官と異なり、小胞輸送を利用せず、細胞質から直接タンパク質を取り込み成長し、ミトコンドリアのように分裂して増殖すると考えられてきた。しかし、構成タンパク質が小胞体を経由するという報告もあり、小胞体起源で形成される過程も存在する可能性が高まっている。

  
  
  

  繊毛　cilia, cilium　←→線毛上皮/細菌の線毛 pili 細胞小器官の一つで、鞭毛と同様、細胞の遊泳に必要な推進力を生み出すものである。 真核生物の繊毛や鞭毛は「9+2」の微小管を核として、およそ500〜800種類のタンパク質から構成される。 構造的には鞭毛と全く同じであるが、鞭毛運動に加えて繊毛運動が可能である点が異なる。また分布様式の点から、短い毛が多数並んだものを繊毛と呼ぶのに対し、長短に関わらず本数が少ない場合は鞭毛とする区別もある。 原生生物においては繊毛虫が持つもののみが繊毛と呼ばれる。なお、細菌類の細胞外繊維で、鞭毛でないものを線毛という。 線毛細胞への分化には転写因子 forkhead　box J1（FoxJ1）の活性化が必要である。 線毛細胞は線毛が 12〜15Hz の協同運動により分泌細胞で産生された粘液を運ぶことで粘液線毛輸送機能を担っている。 運動繊毛　motile cilia 運動性の繊毛 外部環境に働きかけて自らの内部環境の恒常性を保つ。 運動性繊毛を持つ様々な細胞に発現する転写因子：FoxJ1 一次繊毛　primary cilia　参考1/2/3//2 一次繊毛は、ヒトのほとんどの細胞が有する小さなオルガネラである。 長さは数〜10 μm、直径が0.5 μmで、通常細胞一個あたり一本が存在する。 一次繊毛は細胞表面から突き出している単独の細胞小器官である。 非運動性の繊毛であり、運動繊毛とは異なる。 外部環境の変化に応答して自らの内部環境を調節する感覚繊毛 がん細胞や血球系を除く、ほとんど全ての正常細胞で形成される。 様々な受容体やイオンチャネルが存在し、化学シグナル、機械的刺激、光刺激などを感知したり、発生・分化にかかわるヘッジホッグなどの多様なシグナルを受容したりする「細胞のアンテナ」として機能する。 このアンテナ様の構造から、その機能は周囲環境の感知だろうと考えられてきた。繊毛内部にあるカルシウム透過性イオンチャネルが機械力を感知し応答するという考えがこの仮説の中心であり、胚発生中の左右軸決定の制御から多発性嚢胞腎や一部のがんの成体での進行まで、広範囲にわたる生物学的応答を説明するのに使われてきた。 側脳室に面した上衣細胞の隙間からアストロサイトの形態を持つ神経幹細胞が一次繊毛を伸長している。　参考 多くの細胞において、一次繊毛は細胞休止期に形成され、増殖期には消失することが知られている。 多くの細胞ではG0期に入ると中心体は細胞膜の近傍へと移動し、母中心子が基底小体（となり一次繊毛が形成される。 海馬新生ニューロンにおける一次繊毛の形成は誕生14日目〜21日目にかけて始まり、樹状突起の発達とシナプス形成に関与する。 一次繊毛は中枢神経の髄鞘形成にも関与する。 一次繊毛によるWnt/βカテニン経路の抑制が、樹状突起の適切な発達に必要である。 一次繊毛形成不全や機能異常が精神遅滞や、肥満、統合失調症など中枢神経系の機能不全を惹起することがマウスでの研究やヒトでの症例で知られている。 一次繊毛に関わる遺伝子に異常が生じると、多岐にわたる重篤な症状（嚢胞腎、網膜色素変性、脳や骨格の形成異常、多指症、内臓逆位、病的肥満、不妊など）を示す「繊毛病」が引き起こされる。私たちは繊毛内タンパク質輸送と、その異常によって発症する繊毛病の分子メカニズムの解明を目指して研究を行っている。 繊毛病：小頭症、小人症、多発性嚢胞腎や網膜症などに代表される、種々 の組織や臓器形成不全を引き起こす遺伝病の総称。一次繊毛の形成や機能の異常によって引き起こされる。 一次繊毛の研究には、不死化ヒト網膜色素上皮（hTERT-RPE1）細胞が頻用される。この細胞は血清飢餓によって細胞周期のG0期へと移行し、一次繊毛の形成が誘導される。

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細胞内カルシウム intracellular calcium　参考1
　→カルシウムシグナリング/カルシウムイメージング/カルシウム指示薬
　←→カルシウムチャネル/CBP/カルモデュリン/カルシトニン/TRPチャネル
　←→蛍光カルシウムセンサー/GECI/GCaMP/ファイバーフォトメトリー/カルシウムキレーター

• 細胞質のCa^2＋濃度変化は生理機能のスイッチとして広く利用されていて、調節される生体反応は筋収縮、ホルモンや神経伝達物質の放出、遺伝子転写、細胞増殖や分化、シナプス可塑性の誘導などの生理機能に関わる一方で、細胞死など多岐にわたっている。
• 細胞内Ca^2＋はセカンドメッセンジャーとして働き、その濃度変化は細胞機能の調節因子として重要である。
• 神経細胞も他の細胞と同様に、細胞内の遊離カルシウム濃度は、0.1〜0.2μMに調節されている（細胞外Ca²⁺濃度の約1万分の1）。
• 細胞内Ca^2＋濃度が異常に上昇しないように、ATPやCBPが関わっている。
• 刺激に応答して細胞内Ca^2＋濃度が上昇するには、「Ca^2＋チャンネルを経由した細胞外からの流入」と、「細胞内Ca^2＋貯蔵庫である小胞体から放出される経路」が存在する。
  
  

  カルシウムシグナリング calcium signaling　←→シグナル伝達 細胞の機能を制御するCa2+依存性の情報伝達経路 脊椎動物では細胞質のカルシウム濃度は低濃度であり、体内のほとんどのカルシウムは骨などの硬組織や細胞内のカルシウム貯蔵庫（カルシウムストア）に貯蔵されている。これらのカルシウムは何らかの刺激をきっかけとして細胞質に流入することにより細胞内のタンパク質と結合して、その機能を調節を行い、細胞内情報伝達機構を制御することが知られている。 金属原子が正の電荷を帯びたものであるCa2+は非常に単純なものであるが、細胞内カルシウム濃度の変化は幅広い細胞応答へとつながっていて、セカンドメッセンジャーの一つである。 生物の体内に存在するCaは遊離型、タンパク質結合型、沈着型があり、脊椎動物ではほとんどが骨などの組織に沈着型として存在している。骨は体の構造の支持や内臓を保護するなどの機能だけではなく、カルシウムの貯蔵庫としての役割もはたしており、血中のCa2+濃度はカルシトニンやパラトルモン（副甲状腺のホルモン）によって制御されている。一方、細胞内においてはカルシウムは小胞体に貯蔵されていて、細胞質のCa2+濃度は通常低く保たれている。

  細胞内カルシウムストア intracellular calcium store カルシウムイオン貯蔵庫および供給源として、カルシウムシグナルに関与する細胞内小器官を、細胞内カルシウムストアと総称する。 細胞内カルシウムストアはカルシウムイオンの取り込みと放出を通じて、カルシウムシグナルの形成を担う。 滑面小胞体は細胞内カルシウムストアとして中心的な役割を担う。 ミトコンドリアはATP合成などを担う細胞内小器官であるが、カルシウムイオンの取り込みおよび放出機構を有しており、細胞内カルシウムストアとしても機能する。 樹状突起の細胞内カルシウムストアは、興奮性シナプス活動に伴う細胞外から流入するカルシウムによって充填され、リアノジン受容体を回する細胞質への漏出によって調節される。 イノシトールトリスリン酸（IP3）受容体を介して小胞体からのカルシウム放出を引き起こす刺激は、この細胞内カルシウムストアを枯渇させ、細胞膜からのストア作動性カルシウム（SOC）流入を誘導する。 ストア作動性カルシウム流入 store-operated calcium entry：SOCE 容量性Ca2+流入 (capacitative calcium entry : CCE)とも呼ばれ、細胞内Ca2+貯蔵庫の枯渇に伴って、細胞外から細胞内へとCa2+を流入させる機構であり、細胞内Ca2+シグナルを長期的に持続させる上で重要な手段である。 SOCEは、電気生理学的にICRAC型とnon-ICRAC型の2つに大別sareる。

  カルシウムイメージング calcium imasing 細胞内カルシウムの流動を測定し、活動中のニューロンのカルシウムシグナリングを直接観察する手法。脳細胞の研究などで広く利用されている。 カルシウムイメージングを実施する際には、蛍光顕微鏡や蛍光プレートリーダーを用いて観察を行う。カルシウムイオンと結合すると蛍光強度が変化するようなタンパク質（GCaMPなど）やカルシウム蛍光指示薬を細胞内に導入し、その蛍光強度の変化でカルシウムイオンの濃度変化を検出する。 蛍光イメージング fluorescence imaging　←→蛍光/蛍光色素/蛍光タンパク/蛍光物質 そのままでは観察のできない無色透明の細胞器官や特定のタンパク質を、蛍光標識試薬や蛍光抗体を用いて蛍光標識することで可視化する手法をいい、これにより細胞やタンパク質の形態や構造、挙動の観察・解析が可能となる。

  カルシウム指示薬 calcium indicator 主に化学合成された蛍光物質であって、細胞内カルシウムの濃度を測定するために用いられる試薬 細胞内のカルシウムイオンはセカンドメッセンジャーとして働いているのでその動態を知ることは重要である。カルシウム指示薬は細胞内のカルシウムイオンと結合するとその蛍光特性（蛍光強度や波長）が変化するため、蛍光測光により細胞内のカルシウムイオン濃度を測定したり、蛍光イメージングにより可視化することが可能となる。 カルシウム指示薬は、主に化学合成された蛍光カルシウム感受性色素を指すが、広義には、Fluo-3などの化学合成された蛍光カルシウム感受性色素以外に、エクオリンなどのカルシウム感受性発光タンパク質、cameleonやG-CaMPなどの遺伝子でコードされたGECI、今はあまり使われていないarsenaso IIIやantipyrylazo IIIなどの吸光試薬が含まれる。 蛍光カルシウム指示薬は、ノーベル化学賞（2008年）を受賞したRoger Y. Tsienらが作成したカルシウムキレート剤であるEGTAおよび、その誘導体であるBAPTAをもとに開発された。 quin-2は最も初期に開発された蛍光カルシウム指示薬でEGTAをもとにしている。その後BAPTAをもとにしたfura-2、indo-1、fluo-3、rhod-2などの蛍光カルシウム指示薬が開発された。現在ではカルシウムに対する結合の強さ（カルシウムイオン解離定数）や蛍光特性（蛍光波長など）の異なる多数の指示薬が開発されている。 カルシウム指示薬はアセトキシメチル（AM）エステル化することにより細胞膜を通過し細胞内に導入することが可能で、これにより簡単に多数の細胞に短時間のうちにカルシウム指示薬を導入することができる。 Quin 2 Quin 2はRoger Tsienらによって合成されたカルシウムに特異的な蛍光指示薬で、カルシウムと錯形成することによって強い蛍光を示す。 マグネシウムとの反応は無視できる。カルシウム選択性のGEDTAの分子構造に蛍光性のキノリン骨格を組込むことにより、Mg2+に対して約105倍の選択性を可能とした（logKCa=7.1，logKMg=2.7）。 メトキシ基の存在によって、高い蛍光量子収率を示す（Ca錯体のφ=0.14）。カルシウム錯体の蛍光励起波長は339 nm、蛍光波長は492 nm aminopolycarboxylic acid, fura-2　←→蛍光色素 遊離細胞内カルシウムに結合するレシオメトリック型蛍光色素 Roger Tsienらにより開発され、Quin 2よりもやや解離定数が大きく（Kd=224 nmol/L）、1 μmol/L付近までのCa2+濃度を計測できる。また、吸収も大きく蛍光の量子収率も高いので30 μmol/L Quin 2に相当する蛍光強度を僅か1 μmol/LのFura 2で達成できるため、細胞内に入る蛍光色素の量をQuin 2の場合の1/30に減らすことができる。 レシオメトリック型蛍光色素　ratiometric fluorescent dye 異なる2波長測定の比率を求めることで誤差を減少する定量性の高いカルシウム指示薬

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細胞接着　cell adhesion、cell attachment　←→細胞結合/細胞接着分子

• 細胞同士が付着、あるいは細胞が細胞外マトリックスに付着していることをさす。
• 血液細胞のような浮遊性の細胞を除くと、多細胞生物では、個々の細胞は独立して存在することはない。
• すべての細胞は細胞接着し、特定の組織・器官の構造と機能を形成・維持し、コミュニケートし、感応し、修復し、個体の生存をつかさどっているのである。
• 細胞が接着する相手で分類すると、細胞接着には以下の2分類がある。

  細胞-細胞接着 cell-cell adhesion：CAM　←→NCAM 細胞と細胞の接着である。多くは同じ種類の細胞どうしの接着 インテグリン、免疫グロブリン（Ig）スーパーファミリー、カドヘリン、セレクチンの4つの主要なファミリーに分類される。

  細胞-基質接着 cell-substratum adhesion 細胞と基質（つまり、細胞外マトリックス）の接着である。

  
  

  接着結合　アドへレンスジャンクション　adherence junction：AJ　←→パンクタアドヘレンシアジャンクション　参考1 細胞間接合部位において形成される、タンパク質複合体からなる機能構造体 多細胞生物の細胞-細胞間接着および細胞-基質間接着の接着装置の1つである。 主として物理的に強固な細胞間接着をにない、発生期の器官形成や生体の恒常性に重要な役割を果たす。 細胞間接着構造の一つであり、上皮細胞の電子顕微鏡観察によって初めて同定された。その形態学的な特徴は、10-20nmの間隔で向かい合う高電荷密度の斑として見いだされる2細胞の形質膜および細胞内構造、ロッド状の分子が観察される細胞間隙である。 アドヘレンスジャンクションの主な構成分子は竹市らの発見したカドヘリン、およびその細胞内領域結合タンパク質であるカテニン、さらにそれを裏打ちするアクチン骨格系である。また高井らが同定した、アクチン結合分子アファディンとそれと結合す免疫グロブリンスーパーファミリーに属する接着分子ネクチンもまたアドヘレンスジャンクションに高度に濃縮し、両者は細胞内外でクロストークしてアドヘレンスジャンクション複合体の形成と機能を制御している。 上皮組織においては、細胞周囲を取り囲むベルト状の構造ゾニューラアドヘレンスおよびスポット状のアドヒージョンプラークがアドへレンスジャンクションとしてくくられる。 線維芽細胞や心筋などでは、より非連続的なスポット状のアドへレンスジャンクション構造が存在する。 神経系におけるアドへレンスジャンクションも必須の構造として機能している。例えば側脳室の神経上皮細胞は脳室側の頂端部にアドへレンスジャンクションを有し、発生期の大脳皮質の構築に重要な役割を果たす。 発生期の神経系でカドヘリンやカテニンの機能を阻害すると、アドヘレンスジャンクションが崩壊して大脳皮質の構造形成に障害が生じる。同様に、活性化型aPKCの強制発現マウスやアファディン欠損マウスにおいても、側脳室帯のアドヘレンスジャンクションの形成不全による異常が生じる。大脳皮質表層のカハール・レチウス細胞と神経細胞の接着はネクチン-1とネクチン-3、およびそれらを裏打ちするアファディンに依存していて、これらの異常もまた、大脳皮質形成に障害を来す。 シナプス結合部位の近傍には上皮細胞のアドへレンスジャンクション類似の接着分子を含む構造であるパンクタアドヘレンシアジャンクションが形成され、シナプスの形成、維持や可塑性に関与している。 アドへレンスジャンクションの接着は主としてカドヘリン-カテニン複合体によって担われ、ネクチン-アクチン骨格系、さらには微小管骨格系に連結されているが、その形成過程では、ネクチン-アファディン複合体も重要な役割を果たす。 接着帯　zonula adherens：ZA 細胞周囲を取り囲むベルト状のアドへレンスジャンクション カドヘリンが形成する細胞接着構造であるアドへレンスジャンクションのうち、極性をもつ上皮に特徴的な接着結合 アドヒージョンプラーク スポット状のアドへレンスジャンクション

細胞結合　cell junction　←→細胞接着

• 「細胞結合」は形態的な細胞の構造に重点を置き（細胞組織学の用語）、細胞接着は結合（接着）するプロセスや仕組みに重点をおいた（細胞生理生化学の用語）である。
• 多細胞生物の細胞接着の大枠は、細胞結合である。その大枠の下に固定結合、連絡結合、閉鎖結合の3種類の中枠がある。

  固定結合　anchoring junction 中枠の1つ・固定結合の下に、接着結合、接着斑（デスモソーム）と、半接着斑（ヘミデスモソーム）の3小枠がある。 3小枠の違いは、接着相手の違いと接着装置を支える細胞骨格の違いである。接着結合は細胞骨格がアクチンフィラメントである。「接着斑」と「半接着斑」は細胞骨格が中間径フィラメントである。「接着斑」は「細胞-細胞接着」の接着装置で、「半接着斑」は「細胞-基質接着」の接着装置である。 接着結合　adherens junction↑ 接着結合は細胞骨格がアクチンフィラメントである。 デスモソーム、デスモゾーム、接着斑　desmosome、macula adherens 細胞が他の細胞に接着する構造の1種で、細胞結合の大枠の中の1つの接着装置に分類される。 ギリシャ語の「desmo」（「結合、固く締めること」の意）と「soma」（「体、身体」の意）に由来している。接着斑のもう1つの英語「macula adherens」は「接着する点」という意味のラテン語に由来している。 「細胞-細胞接着」の接着装置 細胞骨格が中間径フィラメントである。 接着斑の2次元の断面では、2本の黒い平行線に見える。平行線の間は約30nmとかなり離れている。2本の黒い平行線の真中から左右が2つの細胞で、2本の黒い平行線の真中から左右対称に、右に3層、左に3層の構造がある。 半接着斑、ヘミデスモソーム　hemidesmosome 「細胞-基質接着」の接着装置 細胞骨格が中間径フィラメントである。

  連絡結合 communicating junction ギャップ結合　gap junction →シナプス結合　synaptic junction 原形質連絡 　plasmodesma

  閉鎖結合 occluding junction 密着結合（tight junctionn 隔壁結合（septate junction）

■プログラム細胞死　Programmed cell death：PCD

• は多細胞生物における不要な細胞の計画的（予定・プログラムされた）自殺である。組織傷害などで細胞死を起こす壊死と異なり、一般にはPCDは生物の生命に利益をもたらす調節されたプロセスである。
• PCDは植物、動物、一部の原生生物で正常な組織形成や病原体などによる異常への対処として働く。
• 細胞死には、ネクローシス（細胞壊死）とアポトーシス（積極的、機能的細胞死）の2種類がある。
• プログラム細胞死は、細胞死を起こしたときの形態学上の違いから次の3つのタイプに分類されている

  タイプ1細胞死：アポトーシス apoptosis 　参考1 動物におけるPCDの重要な一形式である。 アポトーシスapoptosisは、apo（off、離れる）とptosis（falling、落ちる）を合成した術語で、"生"の象徴であるmitosis（有糸分裂）に対比させられている。 アポトーシスは多細胞生物の細胞で増殖制御機構として管理・調節された、能動的な細胞死である。ほとんどの場合、ヌクレオソーム単位でのDNAの断片化を伴い、遺伝子によって制御されている。 アポトーシスでは細胞サイズの急速な縮小に続き、隣接細胞から離れ、核クロマチンの凝縮、核の断片化、細胞の断片化がおこり、細胞膜のバリア機能を保ったままアポトーシス小体が形成される。細胞内の成分が漏れ出す前に、マクロファージなどの組織球や周辺の細胞が、このアポトーシス小体を貪食し細胞の内容物の流出は起こらない。このため、内容物の流出の起こるネクローシスと異なり、炎症を伴わない。アポトーシスは非常に短時間に生じ処理されてしまう (約2-3時間)。 生体内では、個体発生の過程で様々な臓器、組織の余分な細胞の除去、がん化した細胞や内部に異常を起こした細胞の除去、自己抗原に反応する細胞の除去などに重要な役割を果たす。自己免疫疾患や神経変性疾患、がんでは、おそらく正常細胞のアポトーシス制御機構に異常が生じている。アドリアマイシンやビンブラスチンに代表される多くの抗がん剤の作用機構は、アポトーシス誘導によるとされている。 細胞のウイルス感染やステロイド、放射線、TNFαなどのサイトカインによる刺激、虚血によってもアポトーシスが誘導される。アポトーシスを引き起こす最終的な共通の経路は、カスパーゼ（システインプロテアーゼ）の活性化を介している。哺乳類では、FasLなどが属するデス因子群とそれらの受容体群によって構成される高度なアポトーシス誘導機構が構築されている。 アポトーシスの組織化学的同定法（対象＝ホルマリン固定パラフィン切片） DNA断片化を証明 　TUNEL、ISNT、single-stranded DNA (ssDNA)免疫染色 アポトーシスに伴う酵素的イベントを免疫染色で証明 　cleaved caspase 3（細胞質）、cleaved PARP（核）、細胞骨格：cleaved cytokeratin 18 (CK18)、cleaved actin (fractin) TUNEL（TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling）法 DNAのdouble-stranded break（二本鎖切断端）にterminal deoxynucleotidyl transferase ：TdTを用いてビオチン標識deoxyuridine triphosphate (dUTP)を付加させる。 ビオチン化DNA伸長鎖にペルオキシダーゼ標識ストレプトアビジンを結合させて、過酸化水素とジアミノベンチジン(DAB)で発色させる。 TdTは胸腺皮質由来の鋳型を必要としないDNA polymeraseであり、DNAの3'-断端にビオチン化dUTPが多数付加される。 アポトーシスカスケードには内因性アポトーシスと外因性アポトーシスシグナル経路がある。 内因性アポトーシス（intrinsic apoptosis） ミトコンドリア関連BCL-2ファミリーに属するタンパク質である、BAKおよびBAXによって媒介される。 BCL2 antagonist/killer：BAK ミトコンドリア外膜の膜貫通タンパク質 BCL2-associated X protein：BAX アポトーシスが誘導されることでコンホメーション変化を起こし、膜貫通ドメインが露出することによって、ミトコンドリア外膜に挿入される。 BAX-BAKヘテロ二量体は、ミトコンドリア孔を形成し、カスパーゼを活性化できるシトクロムcやDIABLO（diablo IAP-binding mitochondrial protein）タンパク質等、ミトコンドリアタンパク質を細胞質に放出する。 外因性アポトーシス（extrinsic apoptosis） 外部から誘導されるアポトーシスであり、2つの主要な受容体タイプが関係している。 細胞死受容体、デスレセプター　death receptor TNF受容体およびFas受容体等が知れている。これらは、それぞれの細胞外リガンド（TNF-αおよびFasリガンド）と結合している。 これは受容体の活性化と会合による複合体形成を促し、細胞内カスパーゼの活性化を誘導する。 依存性受容体　dependence receptor DCCやPTCH1等が知られていて、他のアポトーシス受容体と全く逆の感知機構に依存している。 依存性受容体は、生理的条件下では栄養因子（trophic factor）に応答し、抗アポトーシス作用を引き起こす。 しかしそのリガンドが細胞外空間であるレベル以下に低下すると、リガンド（ネトリン1など）と結合していない受容体はアポトーシスを引き起こす。

  タイプ2細胞死：アポトーシス オートファジーを伴う細胞　 細胞質内にオートファゴソームと呼ばれる小胞が形成されるという形態上の特徴を示す。 細胞核の萎縮がみられるが、断片化はあまりみられない。

  タイプ3細胞死：ネクローシス、ネクロプトーシス、壊死 necrosis 　参考1 ギリシア語のνέκρωσις〔死〕由来 栄養不足、毒物、外傷などの外的環境要因により起こる受動的細胞死である。 細胞内小器官や細胞質膜の膨化を形態上の特徴とする。 自己融解によって生物の組織の一部分が死んでいく様、または死んだ細胞の痕跡のことである。 ネクローシスを起こした細胞は核、細胞質、リソソーム膜が分解し、最終的には細胞が膨張し、破壊される。 タイプ3細胞死を、リソソームに依存するかどうかの違いによって3Aと3Bに分類することもある（Clarkeによる1990年の分類）。 alarmin 「alarmin」は感染や傷害によって誘導されるネクローシスのような細胞死、または通常の輸送経路である小胞体―ゴルジ体経路を介さない経路によって細胞外に放出にされ、炎症応答を誘導する分子の総称 代表的なalarmin としてHMGB1、IL-1やIL-33のようなサイトカインやHSP、HSPS100タンパク質などが知られている。

  
  

  ピロトーシス、パイロトーシス　pyroptosis pyroはギリシャ語の炎や熱に由来する。 多細胞生物のプログラムされたネクローシス細胞死の一形態 カスパーゼ-1依存性の細胞死 炎症型のプログラム細胞死で、自然免疫系応答の1つである。 サルモネラや赤痢菌等の感染細胞で活性化されたカスパーゼ-1によって引き起こされる。 インフラマソームのタンパク質であるガスダーミンDの、カスパーゼ-1による切断によって引き起こされる IIL-1βやIL-18等の炎症性サイトカインの誘発と細胞外への遊離が、プログラムされた細胞死としてよく知られるアポトーシスにはみられない特徴である。 TTSSを有する細菌の感染においては、エフェクターによる細胞死を誘導してマクロファージの貪食作用から回避し、また感染局所の拡大を図るが、アポトーシスともネクローシスとも区別がつかない細胞死も存在する。これについては培養細胞による感染実験で種々のカスパーゼ阻害剤を利用することで、感染に誘導される細胞死の大まかな解析が可能である。

○オートファジー autophagy：Atg

• オートファジーは真核生物に保存された細胞における分解系である。その分解の対象は多岐にわたり、タンパク質やオルガネラのほか、細胞に侵入した病原体までも分解することができる。
• 主要な細胞内分解機構の一つであり、細胞質成分をリソソームに輸送し分解する現象である。
• 細胞が持っている、細胞内のタンパク質を分解するための仕組みの一つ
• 1963年にChristian de Duve（1917/10/2〜2013/5/4, ベルギーの細胞生物学者、生化学者）が　auto-はギリシャ語の「自分自身」を表す接頭語、phagyは「食べること」の意で、定義した。
• 大隅良典博士（1945/2/9〜, 日本の分子細胞生物学）はオートファジーの研究で2016年にノーベル賞を受賞した。
• 酵母からヒトにいたるまでの真核生物にみられる機構であり、細胞内での異常なタンパク質の蓄積を防いだり、過剰にタンパク質合成したときや栄養環境が悪化したときにタンパク質のリサイクルを行ったり、細胞質内に侵入した病原微生物を排除することで生体の恒常性維持に関与している。
• アルツハイマー病、パーキンソン病、神経性難病など、細胞内に異常なタンパク質やミトコンドリアが蓄積して起こる疾患に対しては、オートファジーを活性化させる治療法が効果的であることが、動物実験で多数報告されている。
• 個体発生の過程でのプログラム細胞死や、ハンチントン病などの疾患の発生、細胞のがん化抑制にも関与することが知られている。
  
  
• オートファジーのプロセス

  さまざまな刺激に応答してオートファジーが誘導されると、まず細胞内に隔離膜が形成される。隔離膜の形成には、2 種類の複合体、クラスⅢ PI3 キナーゼ複合体（Vps34、Atg6/Beclin1、Atg14、Vps15 など）とセリン/スレオニン・キナーゼ複合体（Atg1/ULK1 複合体）が関与している。 隔離膜が伸長し、二重膜で囲われた小胞、隔離膜が形成される。この形成にはE1様酵素 Atg7により媒介される 2 種類のユビキチン様修飾パスウェイ、Atg5-Atg12-Atg16L と、LC3B（Atg8）が関与している。この段階ではまだタンパク質の分解は起こらない。 LC3B は Atg4 により修飾を受けて LC3B-Iとなり、その後 Atg7および Atg3 を介し、最終的にホスファチジルエタノールアミン（PE）が結合してLC3B-IIとなる。LC3B-II はオートファゴソームの内膜表面と外膜表面の両面に発現する。LC3 はオートファジーの進行につれて発現量が増えるので、研究の際オートファジーのマーカーとしても用いられる。 オートファゴソームが完全に形成されると、Atg4 の働きにより外膜上のLC3B-IIからPE が解離する。その後オートファゴソームとリソソームの二重膜が融合してオートリソソームが形成される。この形成には哺乳類では LAMP-2 や Rab7 が関与すると考えられている。 リソソームに含まれていた酸性加水分解酵素により、オートリソソーム内のタンパク質が分解される。アミノ酸などの分解産物は細胞質へ戻され、新たなタンパク質合成や細胞機能維持の材料としてリサイクルされる。

  
  
• 3つのタイプのオートファジー

  マクロオートファジー　macroautophagy 直径約1 μmのオートファゴソームが形成されながら細胞質の一部を取り囲み、それがリソソームと融合するとオートファゴソームの内膜とともに内容物が分解される。 細胞がある種のストレス（アミノ酸飢餓の状態や、異常タンパク質の蓄積）に晒されると、細胞質中の一部で、過剰に作られたタンパク質や異常タンパク質と共にリン脂質が集まりオートファゴソームの形成がはじまる。集積したリン脂質は隔離膜と呼ばれる脂質二重膜を形成し、さらにそれが成長していくことで、細胞質成分やオルガネラなどを二重のリン脂質の膜で取り囲んだ小胞が形成される。この小胞形成には、オートファジータンパク質と呼ばれる一群のタンパク質が関与している。 LC3ファミリータンパク質はこの間のほぼすべての過程の膜に局在するため、オートファジー関連膜の全般的マーカーとして利用できる（オートリソソームになると内膜のLC3は分解され、外膜のLC3は膜からは徐々に外れる）。 一方、LC3以外のほとんどのATG因子は閉鎖前の隔離膜にのみ局在し、リソソームとの融合に必要なシンタキシン17は閉鎖後のオートファゴソームに局在するので、それぞれの特異的マーカーとして利用できる。

  ミクロオートファジー　microautophagy リソソーム膜の一部が内側にくびれ込みリソソーム内の小さな袋となる事で、細胞質成分を直接取り込み分解するオートファジー マクロオートファジーとは違い、オートファゴソームを介さない。

  シャペロン介在性オートファジー　chaperone-mediated autophagy：CMA 分解標的となるタンパク質がHsc70・シャペロンタンパク質に識別されリソソームへ導かれる。タンパク質はリソソーム表面で高次構造を解かれ、その状態でトランスポーターを通過する。こうしてリソソーム内部に入ったタンパク質を分解するオートファジーである。 可溶性サイトゾルタンパク質がリソソーム膜を直接透過して内腔へ輸送される経路であり、哺乳類細胞で報告されている。この経路では、KFEQRモチーフを持つ基質タンパク質（GAPDHなど）が細胞質に局在するシャペロン（Hsc70など）によって特異的に認識され、LAMP-2A（LAMP-2のスプライシングバリアントの一つ）を介してリソソーム内腔へ輸送される。 Hsc70シャペロンが認識するアミノ酸配列として、リジン-フェニルアラニン-グルタミン酸-アルギニン-グルタミン配列（KFERQ様配列）が知られている。 CMAは特定のアミノ酸配列KFERQ様モチーフを持つ基質タンパク質がシャペロン(hsc70)により認識され、LAMP-2Aを介して選択的にリソソームに取り込まれるという新たなタンパク質分解経路であり、その基質として神経変性疾患の主要な異常タンパク質の凝集に関与するα-シヌクレインが含まれ、CuervoらによりCMA低下による異常タンパク質凝集と神経細胞死の関係が示唆されている（CuervoAMetal.Science305:1292:2004）。 シャペロン介在性オートファジーも生理的役割の多くは不明である。

  
  

  オートファジー・リソソーム・パスウェイ：ALP ALPは細胞内成分を隔離膜で取り囲みリソソームで大規模に分解する細胞内分解系の一つである。 ALPの障害はパーキンソン病を含む神経変性疾患の主要病因イベントの1つとみなされている。 パーキンソン病の発症には、α−シヌクレインのミスフォールディングと凝集が関わっていると考えられている。α−シヌクレインがミスフォールディングされると、ユビキチン－プロテアソーム・システム：UPSやALPといった、いわゆる細胞内品質管理システムの能力が低下し、フィードバック･ループにより、ミスフォールドされた異常なα-シヌクレインが凝集し、細胞内品質管理システムの機能をさらに低下させ、最終的に神経細胞死を引き起こす。 ALPの異常は、孤発性パーキンソン病患者の脳や、PD に関連する神経変性の中毒性および遺伝性げっ歯類モデルで認められている。 UPSはALPと単一のネットワークを構成している。UPSが処理能力に追われたり、機能が抑制されるとALPは代わりに異常タンパク質を除去する。ALPはUPSとは対照的に傾向としてはタンパク質複合体、オリゴマー、凝集体など高分子の物質を分解することができる。

  
  
  

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