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アピコプラストは、トキソプラズマ・ゴンディ、熱帯熱マラリア原虫、その他のマラリア原虫（マラリアを引き起こす寄生虫）など、ほとんどのアピコンプレックス類に見られる派生した非光合成性プラスチドであるが、クリプトスポリジウムなど他の属には見られない。これは二次共生によって藻類に由来するが、緑藻か紅藻かについては議論がある。アピコプラストは、エンドメンブレン系の最も外側にある4つの膜に囲まれている。[1]アピコプラストは、脂肪酸合成、イソプレノイド前駆体合成、ヘム生合成経路の一部などの重要な代謝経路を担っている。[2]
意義
アピコプラストは、アピコンプレックス門に属するほとんどの原生動物寄生虫に見られる、残存した非光合成性色素体である。[3] [4] 最も悪名高いアピコンプレックス門寄生虫の1つは、重度のマラリアの原因物質である熱帯マラリア原虫である。アピコプラストは寄生虫の生存に不可欠であるため、抗マラリア薬の魅力的な標的となる。[ 5]特に、アピコプラストの植物のような性質は除草剤の標的となる。[4]また、現在の治療に耐性のあるマラリア株の出現により、除草剤のような新しい治療法の探究と理解が極めて重要となっている。[5]さらに、除草剤は、哺乳類宿主の細胞に目立った影響を与えることなく、寄生虫の植物のようなアピコプラストを特異的に標的とすることができる可能性がある。[要出典]
進化の起源
アピコプラストは二次共生の産物であるという証拠があり、[6]アピコプラストは近縁の渦鞭毛藻類の二次プラスチドと相同性があるかもしれない。太古のシアノバクテリアは最初真核細胞に取り込まれたが、消化されなかった。細菌が消化を免れたのは、宿主の真核細胞と共生関係を築いていたためであり、真核生物と細菌はともに新しい共存から相互に利益を得た。[7]一次共生の結果、光合成真核藻類が生まれた。この真核藻類の子孫はその後、従属栄養真核生物に取り込まれ、独自の共生関係を築き、プラスチドとして保存された。[8]アピコプラストは、宿主と細胞器官の関係に有益に貢献するために必要な機能と遺伝子のみを保存するという新しい役割で進化しました。150 kbを超える祖先ゲノムは、削除と再配置によって現在の35 kbのサイズに縮小されました。[4]プラスチドの再編成中に、アピコプラストは光合成能力を失いました。[8]これらの機能喪失は、認められている光合成遺物[4]の完全な分解と核形態の消失に十分な時間を与えるために、進化の初期段階で発生したと仮定されています。[8]
アーキテクチャと配布
ほとんどのアピコンプレックスには、侵入した寄生細胞の前方に見られる単一の卵形のアピコプラストが含まれます。[4]アピコプラストは細胞核のすぐ近くに位置し、ミトコンドリアと密接に関連していることがよくあります。直径がわずか0.15〜1.5μmの小さなプラスチド[4]は、 4つの膜に囲まれています。[8] 2つの内側の膜は藻類のプラスチド膜に由来します。[4]次の膜はペリプラスチド膜と呼ばれ、藻類の細胞膜に由来します。最後に、最も外側の膜は宿主の細胞内膜系に属します。[9]アピコプラストのストローマ内には、約30のタンパク質、tRNA、およびいくつかのRNAをコードする35kbの長さの環状DNA鎖があります。[8]細菌のリボソームと思われる粒子が存在します。[5]プラスチドには、少なくともマラリア原虫種においては、その近縁種の葉緑体のチラコイド[4]と驚くほど類似した「管状の渦巻き」膜も含まれています。[8] 4つの膜を介したタンパク質のアピコプラストへの輸入は、藻類プラスチドに由来する転座複合体（例：[10] ）または小胞体関連タンパク質分解の複製（例：[11]）を介して行われます。
関数
アピコプラストは寄生虫の生存に不可欠な細胞器官です。 [4] マラリア感染症の治療にも使用される抗生物質であるテトラサイクリンは、アピコプラストを標的として作用すると考えられています。[12]アピコプラストには4つの主要な代謝経路があります。
脂肪酸合成
アピコプラストの破壊は寄生虫を直ちに死滅させるのではなく、新しい宿主細胞への侵入を阻止する。この観察は、アピコプラストが脂質 代謝に関与している可能性を示唆している。十分な脂肪酸を合成できない場合、寄生虫は宿主細胞への侵入に不可欠な寄生胞（PV）を形成できない。この結論は、アピコプラストにおけるタイプII脂肪酸合成酵素（FAS）機構の発見によって裏付けられている。 [5]
イソプレノイド合成
アピコプラストはイソプレノイドの合成にも関与していると考えられています。イソプレノイドは多くの酵素の補欠分子族であり、ユビキノン（電子伝達に関与）やドリコール（糖タンパク質の形成に関与）の前駆体としても機能します。[1]アピコプラストには、イソプレノイド前駆体の合成のための2- C -メチル-D -エリスリトール 4-リン酸（MEP）/1-デオキシ-D -キシルロース-5-リン酸（DOXP）経路が含まれており、マラリア原虫細胞におけるそのような合成の唯一の場所です。[1]
ヘム合成
アピコプラストはヘム合成[5]やアミノ酸合成にも関与していると考えられています。また、細胞発達にも役割を果たしていると示唆されています。しかし、これらの機能は単なる仮説であり、実験によって決定的に裏付けられていません。[4]
鉄硫黄クラスター合成
SufBやOrf470を含む様々な鉄硫黄クラスター生合成酵素がアピコプラストゲノム中に同定されている。[1]
参考文献
- ^ abcd Lim L、 McFadden GI（2010年3月）。「アピコプラストの進化、代謝、機能」。ロンドン王立協会哲学論文集。シリーズB、生物科学。365（ 1541 ）：749–63。doi ： 10.1098/rstb.2009.0273。PMC 2817234。PMID 20124342。
- ^ Sheiner L、Vaidya AB 、McFadden GI（2013年8月）。「トキソプラズマおよびマラリア原虫の共生器官の代謝的役割」。Current Opinion in Microbiology。16（ 4 ）：452–8。doi ： 10.1016 /j.mib.2013.07.003。PMC 3767399。PMID 23927894。
- ^ Reece JB、Urry LA、Cain ML、 Wasserman SA、Minorsky PV、Jackson RB (2011)。Campbell Biology (第9版)。ボストン：Benjamin Cummings。ISBN 978-0-321-55823-7. OCLC 1008837408.
- ^ abcdefghij Maréchal E, Cesbron-Delauw MF (2001年5月). 「アピコプラスト：プラスチドファミリーの新しいメンバー」. Trends in Plant Science . 6 (5): 200–5. Bibcode :2001TPS.....6..200M. doi :10.1016/s1360-1385(01)01921-5. PMID 11335172.
- ^ abcde Ralph SA、D'Ombrain MC、 McFadden GI (2001年6 月)。「抗マラリア薬のターゲットとしてのアピコプラスト」。薬剤耐性アップデート。4 (3): 145–51。doi :10.1054/drup.2001.0205。PMID 11768328 。
- ^ Ralph SA、Foth BJ、Hall N、 McFadden GI (2004年12月)。「アピコプラスト輸送ペプチドに対する進化的圧力」。分子生物学と進化。21 ( 12): 2183–94。doi : 10.1093/molbev/msh233。PMID 15317876。
- ^ Alberts B、Bray D、Hopkin K (2004)。「真核細胞」。Essential Cell Biology (第2版) 。ニューヨーク、ロンドン：Garland Science、Taylor & Francis Group。ISBN 978-0-8153-3480-4. OCLC 895254951.
- ^ abcdef Kimball JW (2017年12月16日). 「細胞内共生と真核生物の起源」Kimball's Biology Pages。
- ^ シャイナー L、ストリーペン B (2013 年 2 月)。 「複雑な色素体におけるタンパク質のソーティング」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - 分子細胞研究。1833 (2): 352–9。土井：10.1016/j.bbamcr.2012.05.030。PMC 3494742。PMID 22683761。
- ^ Sheiner L、Fellows JD、Ovciarikova J、Brooks CF、Agrawal S、Holmes ZC、Bietz I、Flinner N、Heiny S、Mirus O、Przyborski JM、Striepen B (2015 年 12 月)。「Toxoplasma gondii Toc75 は間質アピコプラストタンパク質の輸入に機能するが、末梢アピコプラストタンパク質の輸入には機能しない」( PDF ) 。Traffic 。16 ( 12 ) : 1254–69。doi : 10.1111/tra.12333。PMID 26381927 。
- ^ Agrawal S、van Dooren GG、Beatty WL、Striepen B (2009 年 11 月)。「エンドシンビオント由来の小胞体関連タンパク質分解 (ERAD) システムがアピコプラストタンパク質の輸入に機能するという遺伝学的証拠」。The Journal of Biological Chemistry。284 ( 48): 33683–91。doi : 10.1074 / jbc.M109.044024。PMC 2785210。PMID 19808683。
- ^ Dahl EL、Shock JL、Shenai BR 、 Gut J、DeRisi JL、Rosenthal PJ (2006 年 9 月)。「テトラサイクリンはマラリア原虫 Plasmodium falciparum のアピコプラストを特異的に標的とする」。 抗菌剤および化学療法。50 ( 9 ): 3124–31。doi :10.1128/AAC.00394-06。PMC 1563505。PMID 16940111。