システルナ

システルナ（複数形：cisternae）は、小胞体とゴルジ体に存在する扁平化した膜小胞である。[ 1 ]システルナは、^ゴルジ体で起こるタンパク質のパッケージングと修飾のプロセスに不可欠な部分である。^[2]

タンパク質はゴルジ体のシス側（ERに面した側）から始まり、トランス側（細胞膜に面した側）から出ます。^[2]タンパク質は、ゴルジ体嚢内の旅の途中でパッケージ化され、細胞全体に輸送できるように変更されます。^[2]ゴルジ体嚢の数は、生物と細胞の種類によって異なります。^[3]各嚢の構造、構成、機能は、ゴルジ体嚢内で異なる場合があります。これらの異なるゴルジ体嚢のバリエーションは、シスゴルジ体ネットワーク、メディアルゴルジ体ネットワーク、トランスゴルジ体ネットワークの3つのグループに分類されます。^[2]シスゴルジ体ネットワークは、タンパク質がパッケージ化される嚢構造の最初のステップであり、トランスゴルジ体ネットワークは、小胞がリソソーム、細胞表面、または分泌小胞に転送されるときの嚢構造の最後のステップです。槽は、脂質二重層を介して細胞の細胞骨格によって形成されます。^[4]グリコシル化、リン酸化、切断などの翻訳後修飾はゴルジ体で発生し、タンパク質がゴルジ体を通過する際に槽を通過し、これらの修飾により機能的なイオンチャネルが生成されます。^[5]槽の各クラスには、タンパク質修飾に使用されるさまざまな酵素が含まれています。^[2]これらの酵素は、タンパク質のグリコシル化とリン酸化においてゴルジ体を助け、タンパク質を最終目的地に向けるためのシグナル修飾を媒介します。^[2]槽酵素の欠陥は、一部の形態の筋ジストロフィー、嚢胞性線維症、癌、糖尿病などの先天性欠損を引き起こす可能性があります。^[2]

トランスゴルジネットワークはゴルジ体の重要な部分です。ゴルジ体のトランス面に位置し、シスターナで構成されています。シスターナは、細胞全体のパッケージング、変更、輸送機能において重要な役割を果たします。ここでシスターナ内で処理されたタンパク質と多糖類は、指定された場所に送られます。^[3]

形態の違いから識別できるシステナには複数の種類があります。これらの違いには、ゴルジ体のさまざまな領域にあるシステナで特定されているグリコシル化に関連する酵素が含まれます。システナ全体にわたる酵素の局在の違いは、pH、イオン濃度、および必要な基質の量を調整することでゴルジ体の機能に寄与する可能性があります。これは、反応がゴルジ体内の正しい場所で起こっていること、およびタンパク質が間違った場所にある場合に間違った変更を受けないことを保証するためにも機能します。^[3]

シスゴルジ体ネットワークは、タンパク質がパッケージ化される際の槽構造の最初のステップであり、トランスゴルジ体ネットワークは、小胞がリソソーム、細胞表面、または分泌小胞のいずれかに転送される際の槽構造の最後のステップです。中間槽では、マンノース残基と余分な N-アセチルグルコサミンが除去されます。

ゴルジ体は、糖化、特にN結合型糖化によるタンパク質の修飾において重要な役割を果たしており、これは多くの分泌タンパク質や膜結合タンパク質の適切な折り畳み、安定性、機能にとって極めて重要なプロセスです。^[6] N結合型糖化では、タンパク質中のアスパラギン残基の窒素原子にオリゴ糖が結合します。これらのオリゴ糖は、N-アセチルグルコサミン（GlcNAc）、マンノース（Man）、ガラクトース（Gal）、N-アセチルノイラミン酸（NANA、シアリン酸とも呼ばれる）など、さまざまな糖単位で構成されています。これらの糖化構造は、適切なタンパク質機能に不可欠であり、細胞間相互作用、タンパク質輸送、免疫認識に影響を及ぼします。^[7]

N結合型グリコシル化は粗面小胞体（ER）で始まり、そこではドリコールと呼ばれる脂質キャリア上で前駆体オリゴ糖が合成されます。前駆体は、2つのN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）残基、9つのマンノース（Man）残基、および3つのグルコース（Glc）残基からなるコア構造で構成されています。^[7]前駆体は、タンパク質がER腔に入るとすぐに、タンパク質のアスパラギン残基に転移されます。オリゴ糖のアスパラギンへの結合は、オリゴ糖転移酵素によって触媒されます。^[8]

グリコシル化されたタンパク質がERに入ると、オリゴ糖のさらなる処理が行われます。グリコシル化のこの初期段階では、3つの特定の酵素が重要な役割を果たします。まず、グルコシダーゼIがオリゴ糖から1つのグルコース残基を除去します。次に、グルコシダーゼIIがさらに2つのグルコース残基を除去し、タンパク質に付​​着したコアオリゴ糖を残します。最後に、マンノシダーゼ酵素が1つのマンノース残基を除去します。^[7]この最初のトリミングの後、オリゴ糖はERからゴルジ体に移動し、より複雑な修飾を受ける準備が整います。

ゴルジ体では、さらに糖残基のトリミングと追加が行われ、特にマンノースの除去と、GlcNAc、ガラクトース (Gal)、シアリン酸 (NANA) などのさまざまな糖の追加が行われます。ゴルジマンノシダーゼ I とマンノシダーゼ II は、オリゴ糖から追加のマンノース残基を除去し、その構造をさらに洗練します。次に、GlcNAc トランスフェラーゼは、UDP-GlcNAc から GlcNAc を転移することにより、成長中のオリゴ糖鎖に GlcNAc 残基を追加します。中間ゴルジ体では、オリゴ糖は、トランスゴルジネットワークで 2 つの GlcNAc ユニット、3 つの Gal 残基、そして最後に 3 つのシアリン酸 (NANA) 残基の追加を含む、さらなる変更を受けます。^[7]

ゴルジ体の各コンパートメントは、糖化とタンパク質処理において異なる役割を果たしています。シスゴルジネットワークは、リソソームタンパク質上のオリゴ糖のリン酸化に関与しており、この修飾はタンパク質をリソソームに標的とするのに役立ちます。内側ゴルジ体は、マンノースのトリミングや複雑なグリカン構造の形成に不可欠なGlcNAcの付加などの重要な反応が行われる場所です。トランスゴルジ体では、オリゴ糖にガラクトースが付加され、グリカン構造がさらに洗練されます。トランスゴルジネットワークは、シアリン酸（NANA）の付加と、リソソームまたは分泌物に向かう小胞へのタンパク質の選別を担っています。^[7]これらの特殊な修飾と選別は、タンパク質の機能とその後の細胞内の目的地にとって重要です。

ゴルジ体の区画をシスターナ（膜結合構造の積み重ね）に組織化することで、酵素が各領域に適切に局在し、オリゴ糖の連続的かつ高度に制御された修飾が促進されます。ゴルジ体は、ER で始まりゴルジ体内で処理される N 結合型グリコシル化において極めて重要な役割を果たします。GlcNAc、マンノース、ガラクトース、シアリン酸などの糖を連続的にトリミングおよび追加することで、ゴルジ体はタンパク質が最終的な機能的役割に合わせて適切に修飾されるようにします。シスゴルジ体からトランスゴルジ体ネットワークまで、ゴルジ体の個別の領域は協調して機能し、幅広い細胞機能に不可欠な糖タンパク質の正確な修飾と分類を促進します。

分泌経路は、タンパク質を分類、梱包し、正しい細胞内の目的地に届けるために不可欠です。この経路は、タンパク質が合成され、最初に輸送用の小胞に分類される粗面小胞体 (ER) から始まります。その後、これらの小胞はゴルジ体に移動し、そこでさらに処理されて、細胞膜、エンドソーム、リソソームなどの最終目的地に送られます。

分泌経路の最初のステップは、ER での輸送小胞の形成です。これらの小胞は、ER からの出芽に不可欠なタンパク質複合体である COPII で覆われています。COPII コートは、小さな GTP 結合タンパク質 Sar1 と、2 つの追加複合体 Sec23/Sec24 および Sec13/Sec31 で構成されています。これらのコートタンパク質は膜貨物タンパク質と相互作用し、適切なタンパク質が小胞にパッケージ化されるようにします。その後、小胞はシスゴルジネットワークに向かって移動し、COPII を介した輸送によってそこに入ります。^[7]

分泌経路は、細胞機能を維持するために逆行輸送も必要とする。多くのER常在タンパク質は、ERに保持されるか、誤って分類された場合はゴルジ体から戻されるよう指示する特定の選別シグナルを持っている。これは、COPIでコーティングされた小胞によって達成され、これらのタンパク質をゴルジ体からERに戻す逆行輸送と呼ばれるプロセスで輸送する。COPI小胞はまた、ゴルジ体常在酵素を異なるゴルジ体区画間で移動させる上で重要な役割を果たし、各区画が貨物タンパク質を適切に修飾するために必要な酵素を維持することを保証する。^[7]

小胞がゴルジ体に到達すると、糖化やタンパク質分解処理などのさらなる修飾を受ける。^[7]貨物タンパク質は、小胞輸送または嚢成熟のいずれかによってゴルジ体区画（シス、メディアル、トランス）を移動する。小胞輸送は、小胞が区画間で貨物を輸送している間、ゴルジ体嚢は静止したままであることを示唆している。対照的に、嚢成熟は、酵素と貨物がスタック内を徐々に移動するにつれてゴルジ体嚢自体が成熟し、嚢はCOPI小胞によって逆行的に酵素を交換すると想定している。^[6]

トランスゴルジネットワークでは、貨物タンパク質は最終目的地に届けられるために異なる小胞に分けられます。リソソームタンパク質の場合、重要な変更が行われます。シスゴルジでマンノース-6-リン酸 (M6P) 残基が追加されます。これらの M6P タグはトランスゴルジ膜の M6P 受容体によって認識され、タンパク質は後期エンドソームに向けられます。エンドソームでは、M6P 受容体は貨物から解離し、受容体はゴルジまたは細胞膜にリサイクルされます。その後、リソソーム酵素はリソソームに運ばれ、細胞分解の最終的な役割を果たします。^[7]

したがって、分泌経路は、タンパク質が正しく分類され、処理され、適切な細胞内の場所に送達されることを保証するために、さまざまな小胞輸送メカニズムと変更を伴う高度に調整されたプロセスです。