細胞突起

ニューロンの細胞質突起は、神経突起として知られる前駆ニューロン突起から分化した軸索と樹状突起である。 ^{[ 13 ]}樹状突起棘は、樹状突起からの膜の突出部である。

グリア細胞の突起には収縮突起があり、アストロサイトの突起は終末突起と呼ばれる足突起で終わる。

ポドサイトは、腎臓のボーマン嚢に存在する高度に特殊化した上皮細胞です。ポドサイトの一次突起は終末足突起を形成します。ポドサイトの足突起は腎臓の糸球体毛細血管を取り囲み、濾過バリアとして機能します。

足突起とラメリポディアおよびフィロポディアの比較

足突起と、幅広のシート状の突起であるラメリポディア、そして細長く尖った突起であるフィロポディアの違いは、ラメリポディアとフィロポディアは細胞の移動と移動に特に重要であり、「マクロ」な膜突起であるのに対し、足突起は基底膜と相互作用し、「ミクロ」なスケールで存在するという点である。^{[ 1 ]}

しかし、一般的に細胞突起はより大きな「マクロ」スケールで存在し、細胞膜の比較的広い領域を占めている。^{[ 1 ]}例えば、ミクログリアは一次突起を用いて脳環境の変化を常に監視・評価し、さらにこれらの一次突起から細い糸状仮足を伸ばして監視領域を拡大することができる。^{[ 14 ]}

細胞膜から伸びる膜突起または細胞付属器官には、微絨毛、繊毛、鞭毛などがある。^{[ 9 ]}微絨毛は、腸絨毛などの組織突起に豊富に存在することで、組織の表面積を増加させる。

膜の突出部が細胞外小胞の出芽のための足場として機能する可能性があるという証拠が増えている。^{[ 19 ]}

微小触手は、遊離した癌細胞から伸びる長い微小管状の突起で、一部の癌の転移における付着器官として機能します。^{[ 10 ]}

トンネル状ナノチューブは、離れた細胞を細胞骨格で接続するために伸びる膜突起である。^{[ 20 ]}

サイトネームは、細胞間でシグナル伝達タンパク質を交換するために特化した、細い細胞突起です。^{[ 21 ]}サイトネームは、シグナル伝達タンパク質を作る細胞から発生し、シグナル伝達タンパク質を受け取る細胞に直接伸びています。^{[ 22 ]}

細胞突起とラメリポディアの重要な違いの 1 つは、細胞骨格要素の構成にあります。細胞突起は、細胞骨格の 3 つの主要構成要素(微小フィラメント(アクチン フィラメント)、中間径フィラメント(IF)、または微小管) のいずれかによって支えられる可能性がありますが、ラメリポディアは主に微小管ではなくアクチン微小フィラメントの重合によって駆動されます。 ^{[ 3 ] [ 23 ]}

微小管は一般的に、ラメリポディアが大規模な細胞運動に必要な力を生み出すことができない。これは、大きな突起の形成と運動性を促進するのに十分な力を生み出すには、かなりの数の微小管が細胞の先端部に到達する必要があるためである。その結果、ラメリポディアは主に微小管ベースではなくアクチンベースである。^{[ 23 ]}

一方、細胞プロセスには以下のようなものがある。

• 微小管ベース：ニューロンや樹状細胞と同様に、微小管はポドサイトの一次突起の主要な構造コアを形成します。^{[ 24 ]}さらに、オリゴデンドロサイトは2つの異なるタイプの微小管を持っています。^{[ 25 ]}

1. 放射状微小管：これらはオリゴデンドロサイトの細胞体から外側に向かって伸びる分岐突起の近位領域に位置している。
2. 層状微小管：これらは最終的に軸索を包み込み、ミエリン鞘を形成する微小管です。

• アクチンベース：これらには、ポドサイトの末端足突起と樹状突起棘（樹状突起から生じる小さな突起）が含まれます。^{[ 3 ]}
• IFベース：出生時のアストロサイト突起内の主要な細胞骨格要素は微小管です。しかし、これらの細胞が成熟するにつれて、大きな変化が起こり、微小管は、ミュラー細胞とアストロサイトの末端足に見られる、主にグリア線維性酸性タンパク質（GFAP）^{[ 25 ]}で構成される中間径フィラメント（IF）にほぼ完全に置き換えられます。^{[ 26 ]}

免疫組織化学や蛍光顕微鏡などの多数のイメージング法により、GFAPやシナプトポジンなどの足突起内の特定のマーカータンパク質を正確に標的とすることが可能になり、現在ではそれらを同定、可視化、局在化するために使用されています。このような技術は、細胞を染色して研究したり、関連する病理学的変化を特定したりするために使用できます。^{[ 3 ] [ 27 ]}

独特な構造を持つ細胞では、エネルギー要求量は細胞内の異なる区画間で大きく異なる可能性がある。その結果、そのような細胞内のミトコンドリアは不均一な分布を示し、エネルギー需要が最も高い領域に戦略的に局在する可能性がある。^{[ 28 ]}

神経血管結合の大きな代謝要求を支えるために、アストロサイトの終足には細長く枝分かれしたミトコンドリアが満載されている。^{[ 29 ]}これは、ミトコンドリアが細胞体からの距離が大きくなるにつれて、特に細い枝や小枝の中では一般的に小さくなるという典型的なパターンからの著しい逸脱を示している。^{[ 30 ]}

しかし、アストロサイトの細いシナプス周囲突起には最小のミトコンドリアしか収容できないのに対し、血管周囲終足は顕著な例外であり、はるかに複雑で分岐したミトコンドリアを収容できる。^{[ 30 ]}外傷性脳損傷とその後の血液脳関門の破壊の場合、適応反応として血管リモデリングを促進するために、アストロサイト終足内のミトコンドリアの数と密度がさらに増加する。 ^{[ 31 ]}

それとは対照的に、ポドサイトの足突起にはミトコンドリアがなく、ミトコンドリアは核を取り囲む細胞質に限局している。足突起にミトコンドリアがないのは、ミトコンドリアが一般的に足突起よりも大きいため、見かけ上のサイズの不一致に起因すると考えられる（正常なポドサイトの足突起の直径は250 nm未満である）。^{[ 28 ] [ 32 ]}

その結果、足の突起はエネルギー供給を解糖系に依存しており、解糖系は最大容量に制限されないという利点があるため、これは有益である可能性がある。一方、ミトコンドリアには最大容量の制限があり、需要が増加しても追加のエネルギーを生成することができない。^{[ 28 ]}

特定の壁細胞の細胞突起は、関連する血管の直径を調節する能力を持っている。これらの細胞は、血管収縮と血管拡張の過程を通じて、以下の方法で血流速度を積極的に制御することができる。

• 毛細血管を取り囲む周皮細胞などの細胞突起の収縮。周皮細胞はα-アクチン、トロポミオシン、ミオシンなどの収縮性タンパク質を有しており、収縮と弛緩が可能である。^{[ 39 ]}
• アストロサイトの終足における血管調節性エイコサノイドの合成。これらの終足は、強力な血管拡張剤であるプロスタグランジンE2（PGE2）と血管収縮剤である20-ヒドロキシエイコサテトラエン酸（20-HETE）を産生することができ、これらは両方とも細動脈の血管平滑筋細胞と毛細血管の周皮細胞に作用し、それぞれ血管拡張と血管収縮を引き起こします。^{[ 37 ]}

ポドサイトは、複雑な足突起のネットワークを介して、血漿タンパク質が尿超濾過液に通過するのを厳密に制御します。ポドサイトは足突起間に選択的なバリアを形成し、適切なサイズと電荷を持つ分子のみが通過できるようにします。尿腔に面する足突起を覆う負に帯電したグリコカリックスは、このバリアをさらに強化し、アルブミンの濾過を妨げる静電反発を生み出します。^{[ 40 ]}

アストロサイトの終足には以下のものが豊富に含まれています。

• GLUT1トランスポーターは、血液脳関門を介してアストロサイトにグルコースを輸送する役割を担っています（これは、神経終末突起に局在するGLUT3トランスポーターとは対照的です）。 ^{[ 41 ]}
• L型アミノ酸トランスポーター（LAT）は、血液脳関門を介して大きな中性アミノ酸を輸送する役割を担っている。 ^{[ 42 ]}
• アクアポリン4水チャネルは、水とカリウムの恒常性を維持する役割を担っている。^{[ 43 ]}

足突起消失（FPE）は、ポドサイトの足突起が通常の相互嵌合位置から後退し、ポドサイトの一次突起内に引き込まれ、最終的に細胞体と融合して、糸球体基底膜（GBM）上に幅広のシート状の突起が形成される病理学的状態である。^{[ 50 ]}

ポドサイト細胞体は、GBMの上にある濾液中に「浮遊」するという典型的な位置を維持しなくなります。代わりに、細胞体はGBMに広く接着し、その結果、ポドサイト細胞体と主要な突起の下の領域であるポドサイト下空間がほぼ完全に消失します。^{[ 50 ]}

FPEは、微小変化型腎症（MCD）、膜性腎症、糖尿病性腎症、IgA腎症などのタンパク尿性糸球体疾患でよく見られる所見である。^{[ 51 ]} FPEは、細胞損傷や疾患の単なる結果ではなく、糸球体ストレスに対する適応メカニズムであると仮説が立てられている。^{[ 50 ]}

例えば、抗GBM糸球体腎炎などの炎症性疾患では、炎症性メディエーターや補体カスケードの活性化により、足突起のアクチン細胞骨格とGBMとの結合が損傷し、ポドサイトがGBMから剥離するリスクが高まります。^{[ 50 ]}

その結果、ポドサイトは細胞骨格の再編成を受け、ポドサイトの剥離リスクを最小限に抑えるためにGBMにしっかりと接着した強固な基底細胞骨格ネットワークが形成される。広範囲にわたるFPEの場合でも、疾患が治癒するか治療介入によって消失からの回復が可能であり、ポドサイトは足突起を正常な相互嵌合状態に回復することができる。^{[ 50 ]}

ヒトの皮膚に常在する一般的な細菌である表皮ブドウ球菌は、心臓弁やカテーテルなどの埋め込み型医療機器の使用に関連する院内感染の重要な原因である。 ^{[ 52 ]}

この細菌は、皮膚から汚染物質として血流に入り込み、さまざまなメカニズムを使用してインプラントに付着します。粘液状物質を生成することに加えて、S. epidermidis は足のような突起を使用してインプラントの表面に付着することができます。^{[ 53 ]}これらの突起（付属器官）は細菌の細胞壁から伸びており、単独または複数で直線状にインプラントに付着します。^{[注3 ]}

網膜上膜（ERM）は、黄斑部に灰色がかった半透明の膜が徐々に増殖し、視力低下、変視症、その他の症状を引き起こす眼疾患です。ERMは一般的に後部硝子体剥離によって発生し、硝子体剥離は内境界膜（ILM）に裂け目を引き起こし、ミクログリア細胞が破壊された網膜構造を通って移動し、硝子体網膜界面で他の細胞と相互作用し、最終的にERMの形成につながります。^{[ 58 ]}

症候性ERMの標準的な外科的治療は、膜剥離を伴う硝子体切除術です。しかし、ERMが完全に除去されたように見えても、再発のリスクが残ります。これは、残存する微細なERM残渣の存在と、内境界膜（ILM）内のミュラー細胞足板がさらなる細胞増殖と膜形成を促進する可能性のある役割に起因すると考えられます。したがって、再発を最小限に抑えるには、ERMとともに下層のILMを剥離する必要があります。^{[ 59 ]}

しかし、ILM剥離は意図せずミュラー細胞を損傷する可能性があり、ミュラー細胞足板への外傷や、それに伴う神経線維層および神経節細胞層の変化により、解離性視神経線維層（DONFL）の発症などの合併症のリスクが高まります。そのため、術中光干渉断層計（iOCT）ガイド下ERM除去は、ルーチンのILM剥離を必要とせずに再発のリスクを最小限に抑えることができる代替アプローチです。^{[ 59 ]}