エンドサイトーシス

エンドサイトーシスは、物質が細胞内に取り込まれる細胞プロセスです。取り込まれる物質は細胞膜の領域に囲まれ、細胞内で芽生えて、摂取した物質を含む小胞を形成します。エンドサイトーシスには、飲作用（細胞を飲むこと）と貪食作用（細胞を食べること）が含まれます。これは能動輸送の一種です。

この用語は1963年にド・デューブによって提唱されました。 ^[1] 貪食作用は1882年にエリー・メチニコフによって発見されました。 ^[2]

エンドサイトーシス経路は、受容体介在エンドサイトーシス（クラスリン介在エンドサイトーシスとも呼ばれる）、カベオラ、ピノサイトーシス、および貪食の4つのカテゴリーに分類できます。^[3]

• クラスリン媒介エンドサイトーシスは、細胞質タンパク質クラスリンからなる形態学的に特徴的な被覆を有する小さな（直径約100 nm）小胞の生成によって媒介される。 ^[4] クラスリン被覆小胞（CCV）は、事実上すべての細胞に見られ、クラスリン被覆ピットと呼ばれる細胞膜のドメインを形成する。被覆ピットは、低密度リポタンパク質、トランスフェリン、成長因子、抗体など、リガンドの受容体媒介エンドサイトーシスを担うさまざまな受容体を持つ大きな細胞外分子を濃縮することができる。 ^[5]

哺乳類細胞における研究^[6]では、張力の増大した環境ではクラスリンコートのサイズが減少することが確認されている。さらに、実験調査で観察された2つの明らかに異なるクラスリンの組み立てモード、すなわち被覆ピットと被覆プラークは、細胞膜のさまざまな張力の結果である可能性があることを示唆している。

• カベオラは最も一般的に報告されているクラスリンに覆われていない細胞膜芽で、多くの細胞タイプの表面に存在するが、すべての細胞タイプに存在しているわけではない。カベオラはコレステロールと糖脂質に富む二重層を持つコレステロール結合タンパク質カベオリン（Vip21）からなる。カベオラは膜にある小さな（直径約50 nm）フラスコ型のくぼみで、洞窟の形に似ている（そのためカベオラと呼ばれる）。カベオラは一部の組織の細胞の細胞膜面積の最大3分の1を占めることがあり、特に平滑筋、I型肺胞上皮細胞、線維芽細胞、脂肪細胞、および内皮細胞に豊富である。 ^[7]細胞外分子の取り込みもカベオラの受容体を介して特異的に媒介されると考えられている。

  

  • ポトサイトーシスは受容体を介したエンドサイトーシスの一種で、カベオラ小胞を使用して様々な大きさの分子を細胞内に取り込む。カベオラを使用して小胞の内容物をリソソームや他の細胞小器官に送達するほとんどのエンドサイトーシスとは異なり、ポトサイトーシスによってエンドサイトーシスされた物質は細胞質に放出される。 ^[8]
• ピノサイトーシスは、通常、細胞膜の非常に波立った領域で発生し、細胞膜が陥入してポケットを形成し、それが細胞内に押し込まれて小胞（直径0.5～5μm）を形成し、その中に大量の細胞外液と分子（約100個のCCVに相当）が充填されます。ポケットの充填は非特異的に発生します。その後、小胞は細胞質に移動し、エンドソームやリソソームなどの他の小胞と融合します。 ^[9]
• 貪食作用は、小さな塵埃粒子、細胞破片、微生物、アポトーシス細胞など、直径約 0.75 μm より大きい粒子状物質を細胞が結合して内部に取り込むプロセスです。これらのプロセスでは、クラスリン媒介エンドサイトーシスやカベオラ経路よりも大きな膜領域の取り込みが行われます

最近の実験では、エンドサイトーシスイベントのこれらの形態学的説明は不十分である可能性があり、特定の経路がクラスリンおよびダイナミンに依存しているかどうかに基づくより適切な分類方法である可能性があることが示唆されています。

ダイナミン依存性クラスリン非依存性経路には、FEME、UFE、ADBE、EGFR-NCE、IL2Rβの取り込みが含まれる。^[10]

ダイナミン非依存性クラスリン非依存性経路には、CLIC/GEEC経路（Graf1によって制御される）^[11]のほか、MENDおよびマクロピノサイトーシス^[10]が含まれる。

クラスリン媒介エンドサイトーシスは、クラスリンとダイナミンの両方に依存する唯一の経路です。

哺乳類細胞のエンドサイトーシス経路は、明確な膜区画から構成されており、細胞膜から分子を内部化し、それを表面に戻す（初期エンドソームやリサイクルエンドソームの場合）、またはそれらを分解のために選別する（後期エンドソームやリソソームの場合）。エンドサイトーシス経路の主な構成要素は以下のとおりである。^[3]

• 初期エンドソームは、エンドサイトーシス経路の最初の区画である。初期エンドソームは、多くの場合、細胞の周辺部に位置し、細胞表面から来るほとんどの種類の小胞を受け取る。初期エンドソームは、特徴的な管状小胞構造（直径約 50 nm の管が連結した、直径最大 1 μm の小胞）と弱酸性の pH を持つ。初期エンドソームは主に選別細胞器官であり、そこでは、多くのエンドサイトーシスされたリガンドが区画の酸性 pH で受容体から解離し、多くの受容体がそこから（管を介して）細胞表面にリサイクルされる。 ^{[12] [13]}また、これは、経小胞区画（多小胞体（MVB）やエンドソーム輸送小胞（ECV）など）を介して、後期区画（後期エンドソームやリソソームなど）へのトランスサイトーシス経路への選別が行われる場所でもある。
• 後期エンドソームは、リソソームへ向かう途中でエンドサイトーシスされた物質を受け取ります。通常、エンドサイトーシス経路では初期エンドソームから、生合成経路ではトランスゴルジ体ネットワーク（TGN）から、貪食経路ではファゴソームから受け取ります。 ^[14]後期エンドソームには、リソソーム膜糖タンパク質や酸性加水分解酵素など、ヌクレオソーム、ミトコンドリア、mRNAに特徴的なタンパク質が含まれることがよくあります。これらは酸性（pH約5.5）で、マンノース-6-リン酸受容体の輸送経路の一部です。後期エンドソームは、物質をリソソームに送達する前に、最終的な一連の選別イベントを媒介すると考えられています。
• リソソームはエンドサイトーシス経路の最後の区画です。その主な機能は、細胞老廃物、脂肪、炭水化物、タンパク質、その他の高分子を単純な化合物に分解することです。これらは、新しい細胞構築材料として細胞質に戻されます。これを実現するために、リソソームは約 40 種類の加水分解酵素を使用します。これらはすべて小胞体で製造され、ゴルジ体で変更され、酸性環境で機能します。 ^[15]リソソームのおおよその pH は 4.8 で、電子顕微鏡(EM) では通常、電子密度の高い物質を含む大きな液胞(直径 1～2 μm) として表示されます。リソソーム膜タンパク質と活性リソソーム加水分解酵素の含有量が多いですが、マンノース 6 リン酸受容体はありません。リソソームは一般に、細胞の主要な加水分解区画と見なされています。 ^{[16] [17]}

最近、酵母においてエイソソームがエンドサイトーシスの入り口として機能することが発見された。 ^[18]

ほとんどの細胞におけるエンドサイトーシスの主な経路、そして最もよく理解されている経路は、分子クラスリンを介した経路です。^{[19] [20]この大きなタンパク質は、細胞の}細胞膜の内側表面に被覆されたピットの形成を助けます。このピットは次に細胞内に出芽し、細胞の細胞質内に被覆された小胞を形成します。そうすることで、細胞表面の小さな領域だけでなく、細胞外からの少量の液体も細胞内に取り込まれます。^{[21] [22] [23]}

コートはドナー膜を変形させて小胞を作る働きがあり、また小胞の積荷を選択する働きもあります。これまでによく特徴付けられているコート複合体には、コートタンパク質-I (COP-I)、COP-II、およびクラスリンがあります。^{[24] [25]}クラスリンコートは、(i) 受容体を介した液相エンドサイトーシスによる細胞膜から初期エンドソームへの輸送、および (ii) TGN からエンドソームへの輸送という、2 つの重要な輸送ステップに関与しています。エンドサイトーシスでは、クラスリンコートは細胞膜の細胞質面で組み立てられ、陥入して挟み込まれ (切断)、自由な CCV になります。培養細胞では、CCV の組み立てには約 1 分かかり、毎分数百から千個以上が形成されることがあります。^[26]クラスリンコートの主な骨格成分はクラスリン重鎖（CHC）と呼ばれる190kDのタンパク質であり、これはクラスリン軽鎖（CLC）と呼ばれる25kDのタンパク質と結合して、トリスケリオンと呼ばれる3本足の三量体を形成します。

小胞は形成中に特定のタンパク質を選択的に濃縮したり排除したりするもので、膜全体を代表するものではありません。AP2アダプターは、細胞膜でこの機能を実行するマルチサブユニット複合体です。哺乳類細胞の被覆小胞に集中している最もよく理解されている受容体は、 LDL 受容体(循環血液からLDL を除去する)、トランスフェリン受容体 (トランスフェリンに結合した鉄イオンを細胞内に取り込む)、および特定のホルモン受容体 ( EGF受容体など) です。

線維芽細胞の細胞膜の約 25% は、常に被覆小窩でできています。被覆小窩は細胞内に出芽するまでに約 1 分間の寿命があるため、線維芽細胞は約 50 分ごとにこの経路で細胞表面を占めます。細胞膜から形成される被覆小胞は、直径が約 100 nm で、寿命は数秒です。被覆が剥がれると、残った小胞はエンドソームと融合し、エンドサイトーシス経路に進みます。小窩が小胞に変換される実際の出芽プロセスは、クラスリンによって実行されます。クラスリンは、ダイナミンやアダプチンなどのアダプターを含む一連の細胞質タンパク質によって支援されます。

被覆小窩と被覆小胞は、トーマス・F・ロスとキース・R・ポーターによって電子顕微鏡で組織の薄片に初めて発見されました。^[27]血液中のLDLの除去におけるそれらの重要性は、リチャード・G・アンダーソン、マイケル・S・ブラウン、ジョセフ・L・ゴールドスタインによって1977年に発見されました。 ^[28]被覆小胞は、1976年にクラスリン被覆分子を発見したバーバラ・ピアースによって初めて精製されました。 ^[29]

カベオリンタンパク質、例えばカベオリン-1 ( CAV1 )、カベオリン-2 ( CAV2 )、カベオリン-3 ( CAV3 ) は、カベオラ形成プロセスにおいて重要な役割を果たしている。より具体的には、CAV1 と CAV2 は非筋細胞におけるカベオラ形成に関与し、CAV3 は筋細胞で機能する。このプロセスは、ER で CAV1 が合成され、界面活性剤耐性オリゴマーを形成することから始まります。次に、これらのオリゴマーはゴルジ体を通過して細胞表面に到達し、カベオラ形成を助けます。カベオラ形成は、細胞膜張力の増加などの特定の条件下では分解によって可逆的でもある。これらの特定の条件は、カベオラ機能を発現している組織の種類によって異なります。たとえば、カベオラタンパク質を持つすべての組織がカベオラ構造を持つわけではありません (血​​液脳関門)。^[30] カベオラには多くの形態学的特徴が保存されていますが、各 CAV タンパク質の機能は多様です。カベオリンに共通する特徴の 1 つは、 α ヘリックスでできた疎水性のヘアピン構造の可能性を持つ部分です。これらのヘアピンのような α ヘリックスの挿入により、膜の湾曲につながるカベオラ コートが形成されます。挿入に加えて、カベオリンはオリゴマー化も可能であり、これが膜の湾曲にさらに役割を果たします。最近の研究では、ポリメラーゼ I、転写産物放出因子、血清枯渇タンパク質応答もカベオラの組み立てに役割を果たしていることも発見されています。カベオラの組み立て以外に、研究者は CAV1 タンパク質が他のエンドサイトーシス経路にも影響を与える可能性があることも発見しました。CAV1 がCdc42に結合すると、CAV1 はそれを不活性化し、膜輸送イベント中に Cdc42 の活性を制御します。^[31]

細胞への取り込みのプロセスは、膜の出芽を誘発する構成分子の傾きとキラリティーに依存します。このようなキラリティーと傾きを持つ脂質分子は「ラフト」の形になっている可能性が高いため、研究者は、カベオラもラフト構成成分が豊富に含まれているため、カベオラの形成もこのメカニズムに従うと示唆しています。カベオリンタンパク質がコレステロールを介して内葉に結合すると、膜が曲がり始め、自発的に湾曲します。この効果は、カベオリンオリゴマーが膜に結合するときに生成される力の分布によるものです。力の分布は膜の張力を変化させ、出芽と最終的に小胞形成につながります。^[32]

• エンドサイトーシス。例えば、コロナウイルスSARS-CoV-2は上皮細胞のACE2受容体に結合します。
• 
  ステージ1
• 
  ステージ2
• 
  ステージ3
• エンドサイトーシスアニメーション（1）
• エンドサイトーシスアニメーション（2）

• biologyreference.com のエンドサイトーシス
• エンドサイトーシス - endocytosis.org でエンドサイトーシスのメカニズムを研究
• クラスリン媒介エンドサイトーシス ASCB 画像およびビデオライブラリ
• エンドサイトーシスの種類（アニメーション）