繊毛

繊毛の土台は、細胞表面にある変形した母中心体である基底体である。^{[ 18 ]}哺乳類の基底体は、9本の三重微小管からなる樽、亜遠位付属器、および基底体を繊毛の基部の膜に取り付ける遠位付属器と呼ばれる9本の支柱状構造から構成される。基底体の三重微小管のうち2本は、軸糸の成長中に伸長して二重微小管となる。

繊毛根は、繊毛の近位端にある基底体から生じる細胞骨格のような構造です。根は通常 直径が80～100 nmで、約55～70 nmの規則的な間隔で横縞が分布しています 。根の主要な構成要素は、CROCC遺伝子によってコードされるコイルドコイル根タンパク質であるルートレチンです。^{[ 19 ]}

繊毛の独特な構成を実現するために、繊毛の最も近位の領域は、繊毛へのタンパク質の出入りを制御する移行帯（繊毛ゲートとも呼ばれる）で構成されています。 ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}移行帯では、Y 字型の構造が繊毛膜をその下にある軸糸に接続しています。繊毛への選択的な侵入の制御には、移行帯のふるいのような機能が関与している可能性があります。移行帯の構成要素の遺伝的欠陥は、ジュベール症候群などの繊毛病を引き起こします。移行帯の構造と機能は、脊椎動物、線虫、ショウジョウバエ、クラミドモナス・ラインハルティなど、さまざまな生物で保存されています。哺乳類では、移行帯の破壊により、ヘッジホッグシグナル伝達に関与する膜結合型繊毛タンパク質などの繊毛における量が減少し、ヘッジホッグに依存する指の数や中枢神経系のパターン形成といった胚発生が損なわれる。

繊毛の内部には、軸糸と呼ばれる微小管を基盤とする細胞骨格コアがあります。一次繊毛の軸糸は通常、9本の外側の微小管二重線からなる環状構造（9+0軸糸と呼ばれる）を持ち、運動性繊毛の軸糸は、9本の外側の二重線に加えて、2本の中央の微小管一重線（9+2軸糸と呼ばれる）を持ちます。これは鞭毛と同じ軸糸型です。運動性繊毛の軸糸は、繊毛を動かす内側と外側のダイニンアームの足場として機能し、キネシンとダイニンの微小管モータータンパク質のトラックを提供します。^{[ 2 ] [ 23 ] [ 24 ]}繊毛構成要素の輸送は、神経線維の軸索輸送に似た鞭毛内輸送（IFT）によって行われます。輸送は双方向であり、細胞骨格モータータンパク質であるキネシンとダイニンが微小管トラックに沿って繊毛成分を輸送します。キネシンは繊毛先端に向かって順行性に動き、ダイニンは細胞体に向かって逆行性に動きます。繊毛は、周囲の細胞膜に囲まれた独自の繊毛膜を持っています。^{[ 25 ]}

動物では、非運動性の一次繊毛はほぼすべての種類の細胞に見られますが、血液細胞は顕著な例外です。^{[ 2 ]}ほとんどの細胞は、運動性繊毛を持つ細胞とは対照的に、1本しか持っていませんが、嗅覚受容体が存在する嗅覚感覚ニューロンは例外で、それぞれ約10本の繊毛を持っています。網膜光受容細胞などの一部の細胞タイプは、高度に特殊化された一次繊毛を持っています。^{[ 26 ]}

一次繊毛は1898年に発見されましたが、1世紀もの間ほとんど無視され、重要な機能を持たない痕跡器官と考えられていました。 ^{[ 27 ] [ 2 ]} 化学感覚、シグナル伝達、細胞増殖制御における生理的役割に関する最近の発見により、細胞機能におけるその重要性が明らかになりました。多発性嚢胞腎^{[ 28 ]} 、先天性心疾患[29] 、僧帽弁逸脱^{[ 30 ]}、網膜変性^{[ 31 ]}など 、繊毛の形成不全または機能不全によって引き起こされる多様な疾患群^（繊毛症と呼ばれる^{）における}その役割の発見により、ヒト生物学におけるその重要性が強調されています。^{[ 32 ] [ 33 ]}現在、一次繊毛は多くのヒト臓器の機能において重要な役割を果たしていることが知られています。^{[ 2 ] [ 10 ]}膵臓β細胞の一次繊毛は、その機能とエネルギー代謝を調節します。繊毛の欠損は、膵島機能不全と2型糖尿病につながる可能性があります。^{[ 34 ]}

繊毛はG ₁期に組み立てられ、有糸分裂が起こる前に分解される。^{[ 35 ] [ 11 ]}繊毛の分解にはオーロラキナーゼ Aの作用が必要である。^{[ 36 ]} 一次繊毛に関する現在の科学的理解では、繊毛は「多くの細胞シグナル伝達経路を調整する感覚細胞アンテナであり、シグナル伝達を繊毛運動または細胞分裂および分化に連結することがある」と考えられている。^{[ 37 ]} 繊毛はサブドメインで構成され、細胞の形質膜と連続する形質膜で囲まれている。多くの繊毛では、繊毛の起源である基底体は、繊毛ポケットと呼ばれる膜の陥入部内に位置している。繊毛膜と基底体の微小管は、遠位付属物（移行線維とも呼ばれる）によって接続されている。繊毛の分子を運ぶ小胞は遠位付属物にドッキングする。移行線維の遠位部には移行帯が形成され、そこで分子の繊毛への出入りが制御される。これらの繊毛におけるシグナル伝達の一部は、ヘッジホッグシグナル伝達などのリガンド結合を介して起こる。^{[ 38 ]}その他のシグナル伝達形態には、ニューロンのソマトスタチン受容体3を含むGタンパク質共役受容体がある。^{[ 39 ]}

哺乳類には、細胞表面に多数存在する（多繊毛）運動性繊毛または二次繊毛もあり、これらは協調したメタクロナル波で拍動する。^{[ 42 ]}多繊毛細胞は呼吸器系の内壁に存在し、粘液線毛クリアランスにおいて、肺から老廃物を含む粘液を掃き出す機能を持つ。^{[ 13 ]}呼吸器上皮の各細胞には約200本の運動性繊毛がある。^{[ 12 ]}

生殖器系では、平滑筋の収縮が繊毛の拍動を助け、卵細胞を卵巣から子宮へと移動させる。^{[ 13 ] [ 15 ]}

脳の脳室では、繊毛を持つ上衣細胞が脳脊髄液を循環している。

運動性繊毛の機能は、繊毛を浸す繊毛周囲液の最適なレベルの維持に大きく依存している。上皮ナトリウムチャネル（ENaC）は、呼吸器系、卵管、または卵管の繊毛の全長に沿って特異的に発現しており、繊毛周囲液を調節するセンサーとして機能していると考えられる。^{[ 13 ] [ 43 ]}

節繊毛

結節細胞には、単繊毛と呼ばれる単一の繊毛があります。これらは、胚の非常に初期の発生段階の原始結節に存在します。結節には、異なるタイプの結節繊毛を持つ2つの領域があります。中央結節には運動性繊毛があり、結節の周辺領域には変形した運動性繊毛があります。^{[ 44 ]}

中心細胞上の運動性繊毛が回転して、左右非対称性を開始するために必要な細胞外液の左向きの流れを生成する。^{[ 44 ]}

精子細胞や多くの原生動物の運動性繊毛は液体中を泳ぐことを可能にし、伝統的に「鞭毛」と呼ばれています。^{[ 3 ]}これらの突起は構造的に運動性繊毛と同一であるため、この用語を維持しようとする試みには、形態（「鞭毛」は通常、通常の繊毛よりも長く、異なる波状運動をする）^{[ 4 ]}と数による区別が含まれます。^{[ 45 ]}

繊毛虫は、運動性繊毛のみを持ち、運動や体表面の液体の移動に利用する真核微生物です。例えば、ゾウリムシは何千もの繊毛で覆われており、それによって泳ぐことができます。これらの運動性繊毛は感覚器官としても機能することが示されています。^{[ 46 ]}

真核生物の上皮細胞にある一部の一次繊毛は細胞アンテナとして機能し、細胞外環境の化学感覚、温度感覚、機械感覚を提供する。 ^{[ 54 ] [ 10 ]}これらの繊毛は、細胞外環境の可溶性因子を含む特定のシグナル伝達の媒介、流体の流れの下流で効果を発揮する可溶性タンパク質の放出、および繊毛が運動性である場合の流体の流れの媒介において役割を果たす。^{[ 54 ]}

上皮細胞の中には繊毛を持つものがあり、それらは通常、管状または細管状の極性細胞のシートとして存在し、繊毛が管腔内に突き出ている。この感覚およびシグナル伝達の役割により、繊毛は局所的な細胞環境の維持において中心的な役割を担っており、繊毛の欠陥がこれほど幅広いヒト疾患を引き起こす理由である可能性がある。^{[ 33 ]}

胚では、節繊毛が細胞外液の流れを方向付けるために使われます。この左方向への動きは、胚の正中線を挟んで左右非対称性を生み出すためです。中心繊毛は回転運動を協調させ、側面の不動繊毛は流れの方向を感知します。^{[ 44 ] [ 55 ] [ 56 ]}マウスを用いた研究では、流れの方向を感知する生物物理学的メカニズムが示唆されています。^{[ 57 ]}

軸索繊毛シナプスでは、セロトニン作動性軸索とCA1錐体ニューロンの一次繊毛との間でコミュニケーションが行われ、核内のニューロンのエピジェネティック状態が変化します。これは、細胞膜でのシグナル伝達とは異なる、より長期的なシグナル伝達を介して、「核内で転写または生成されるものを変更する方法」です。 ^{[ 58 ] [ 59 ]}

感染によっても繊毛機能が低下することがあります。バイオフィルムに関する研究では、細菌が繊毛を変化させる可能性があることが示されています。バイオフィルムは、同じ種または複数の種の細菌の集合体です。細胞の集まりは、細胞外マトリックスを形成するさまざまな因子を分泌します。呼吸器系の繊毛は、気道から粘液や病原体を移動させることが知られています。バイオフィルム陽性の感染症患者では、繊毛機能が損なわれていることがわかっています。この機能障害は、繊毛の動きの低下または数の減少として現れる可能性があります。これらの変化は外部要因によるものですが、細菌の病原性、感染の進行、および治療方法に影響を与えます。^{[ 69 ]}

未成熟な卵細胞と胚が子宮に着床するまでの輸送は、平滑筋の収縮と繊毛の拍動の調節された組み合わせに依存しています。この輸送に機能不全が生じると、胚が子宮という本来の目的地に到達する前に（通常は）卵管に着床する異所性妊娠を引き起こす可能性があります。感染症や月経周期ホルモンなど、多くの要因がこの段階に影響を与える可能性があります。喫煙（炎症を引き起こす）や感染症は繊毛の数を減少させる可能性があり、繊毛の拍動はホルモンの変化によって影響を受ける可能性があります。^{[ 15 ] [ 70 ]}

膵臓は、高度に分化した外分泌細胞と内分泌細胞の混合物です。一次繊毛は、中心腺房導管細胞である外分泌細胞に存在します。^{[ 71 ] [ 34 ]}内分泌組織は、さまざまなホルモン分泌細胞で構成されています。インスリン分泌β細胞とグルカゴン分泌α細胞は、高度に繊毛を持っています。^{[ 72 ] [ 73 ]}