小胞体

細胞生物学
動物細胞図
典型的な動物細胞の構成要素: 核小体 核 リボソーム（5 個のドットの一部） 小胞 粗面小胞体 ゴルジ体（またはゴルジ体） 細胞骨格 滑面小胞体 ミトコンドリア 液胞 細胞質（細胞小器官を含む液体。細胞質を構成する） リソソーム 中心体 細胞膜

小胞体( ER ) は真核細胞の輸送システムの一部であり、タンパク質の折り畳みなど、他の多くの重要な機能を持っています。小胞体は、粗面小胞体( RER ) と滑面小胞体( SER )の2つのサブユニットで構成された細胞小器官の一種です。小胞体はほとんどの真核細胞に見られ、 RER では槽と呼ばれる扁平で膜で囲まれた袋と、 SER では管状構造の相互接続ネットワークを形成しています。 ER の膜は外側の核膜と連続しています。小胞体は赤血球や精子には見られません。

2 種類の ER は多くの同じタンパク質を共有し、特定の脂質やコレステロールの合成など、特定の共通した活動に従事しています。異なる種類の細胞には、細胞の活動に応じて異なる比率で 2 種類の ER が含まれています。RER は主に細胞の核に存在し、SER は細胞の細胞膜または細胞膜に存在します。

RERの外側（細胞質）面には、タンパク質合成の場であるリボソームが散りばめられています。RERは、肝細胞などの細胞で特に顕著です。SERにはリボソームがなく、脂質合成には機能しますが、代謝、ステロイドホルモンの生成、解毒には機能しません。^{[1] SERは、特に哺乳類の}肝臓細胞と生殖腺細胞に豊富です。

ERは1897年にガルニエによって光学顕微鏡で観察され、彼はエルガストプラズムという用語を作り出した。^{[2] [3]}小胞体のレース状の膜は、1945年にキース・R・ポーター、アルバート・クロード、アーネスト・F・フラムによって電子顕微鏡で初めて観察された。 ^{[4]その後、1953年にポーターは「ネットワーク」を意味する}レティキュラムという言葉をこの膜の構造を説明するために使用した。^[5]

小胞体の一般的な構造は、嚢と呼ばれる膜のネットワークです。これらの袋状の構造は、細胞骨格によってまとめられています。リン脂質膜は、核周囲空間と連続しているが細胞質とは分離している嚢腔（または内腔）を囲んでいます。小胞体の機能は、タンパク質と膜脂質の合成と輸出として要約できますが、ERと細胞の種類および細胞機能によって異なります。細胞内の粗面小胞体と滑面小胞体の量は、細胞の代謝活動の変化に応じて、ゆっくりと1つのタイプから別のタイプに交換できます。形質転換には、膜への新しいタンパク質の埋め込みと構造変化が含まれます。タンパク質含有量の変化は、目立った構造変化なしに発生する場合があります。^{[6] [7]}

粗面小胞体（RERまたは粗面ERと略されることが多い。顆粒小胞体とも呼ばれる）の表面には、タンパク質を製造するリボソームが散りばめられており、その外観は「ざらざら」している（そのためこの名前が付けられている）。^[8]粗面小胞体上のリボソームの結合部位はトランスロコンである。^[9]しかし、リボソームは膜に結合したり膜から放出されたりを絶えず繰り返しているため、この細胞小器官の構造の安定した部分ではない。リボソームは、細胞質内で特定のタンパク質-核酸複合体が形成されて初めてRERに結合する。この特別な複合体は、遊離リボソームが分泌経路に向かうタンパク質のmRNAの翻訳を開始すると形成される。^[10]重合された最初の5～30個のアミノ酸はシグナルペプチドをコードしており、シグナル認識粒子（SRP）によって認識され結合される分子メッセージである。翻訳は一時停止し、リボソーム複合体はRERトランスロコンに結合し、そこで翻訳が継続され、新生タンパク質がRER内腔および/または膜に形成される。タンパク質はER内腔で酵素（シグナルペプチダーゼ）によって処理され、シグナルペプチドが除去される。この時点でリボソームは細胞質に放出される可能性があるが、翻訳されないリボソームもトランスロコンに結合したままであることが知られている。^[11]

粗面小胞体の膜は、核膜の外層の近くに連続して位置する大きな二重膜シートの形をしています。^[12]二重膜シートは積み重ねられ、いくつかの右巻きまたは左巻きのらせん状のランプ、「テラサキランプ」を介して接続され、駐車場に似た構造を形成しています。^{[13] [14]}小胞体とゴルジ体の間には連続した膜はありませんが、膜結合輸送小胞がこれら2つの区画間でタンパク質をシャトルします。^[15]小胞は、COPIとCOPIIと呼ばれるコーティングタンパク質に囲まれています。COPIIは小胞をゴルジ体へと導き、COPIは小胞が粗面小胞体に戻されるように目印を付けます。粗面小胞体はゴルジ体複合体と連携して、新しいタンパク質を適切な目的地に導きます。小胞体から輸送される2番目の方法は、膜接触部位と呼ばれる領域に関係しており、小胞体と他の細胞小器官の膜が密接に保持され、脂質やその他の小分子の移動が可能になります。^{[16] [17]}

粗面小胞体は複数の機能において重要な役割を果たします。

• シスゴルジネットワークにマンノース-6-リン酸マーカーを添加したリソソーム酵素の製造。^[18]
• 分泌タンパク質の製造。タグなしで恒常的に分泌されるか、またはシグナルペプチド内のクラスリンおよびペアになった基本アミノ酸を含む調節的な方法で分泌されます。
• 小胞が出て新しい膜に結合するときに膜に埋め込まれたままになる膜内在性タンパク質。Rabタンパク質は膜を標的とする上で重要であり、SNAPおよびSNAREタンパク質は融合イベントにおいて重要です。
• 組み立てが進むにつれて、最初のグリコシル化が起こります。これは N 結合型です (O 結合はゴルジ体で発生します)。
  • N 結合型グリコシル化: タンパク質が適切に折り畳まれている場合、オリゴ糖転移酵素はAA 配列N X SまたはN X T (S/T 残基がリン酸化されている) を認識し、14 糖骨格 (2- N -アセチルグルコサミン、9 分岐マンノース、および末端の3-グルコース) を Asn の側鎖窒素に追加します。

ほとんどの細胞では滑面小胞体（SERと略記）は乏しい。代わりに、部分的に滑らかで部分的にざらざらしたERの領域があり、この領域は移行ERと呼ばれている。移行ERは、ER出口部位を含むためその名前が付けられている。これらは、ERで作られた脂質とタンパク質を含む輸送小胞がERから分離し、ゴルジ体に移動し始める領域である。特殊化した細胞は多くの滑面小胞体を持つことができ、これらの細胞では滑面小胞体が多くの機能を果たす。^[6]脂質、リン脂質、^{[19] [20] [21]}およびステロイドを合成する。精巣、卵巣、皮脂腺などのこれらの産物を分泌する細胞には、滑面小胞体が豊富にある。^[22]また、炭水化物の代謝、天然代謝産物やアルコールおよび薬物の解毒、細胞膜タンパク質への受容体の付着、ステロイド代謝も行います。^[23]筋細胞では、カルシウムイオン濃度を調節します。 滑面小胞体はさまざまな細胞タイプ（動物と植物の両方）に見られ、それぞれで異なる機能を果たします。滑面小胞体には、グルコース-6-リン酸をグルコースに変換する酵素グルコース-6-ホスファターゼも含まれており、これは糖新生のステップです。 滑面小胞体は核膜に接続されており、細胞周縁部近くに位置する細管で構成されています。これらの管は分岐して、外観が網状のネットワークを形成することがあります。^[12]一部の細胞では、粗面小胞体の嚢のような拡張した領域があります。滑面小胞体のネットワークにより、主要な酵素とその酵素産物の作用または貯蔵に充てられる表面積が増加します。^[要出典]

筋小胞体（SR）は、ギリシア語のσάρξ sarx（「肉」）に由来し、筋細胞に見られる滑面小胞体である。この細胞小器官と滑面小胞体の唯一の構造的違いは、膜に結合し、内腔の範囲内を漂うタンパク質の構成である。この基本的な違いは、それらの機能を示している。小胞体は分子を合成し、筋小胞体はカルシウムイオンを貯蔵し、筋線維が刺激されるとそれを筋形質に送り出す。^{[24] [25]筋小胞体から放出されたカルシウムイオンは、ATPを利用して筋線維を短縮する収縮性タンパク質と相互作用する。筋小胞体は、}興奮収縮連関において主要な役割を果たす。^[26]

小胞体は、嚢と呼ばれる袋の中でタンパク質分子を折り畳むことや、小胞内で合成されたタンパク質をゴルジ体へ輸送することなど、多くの一般的な機能を果たします。粗面小胞体もタンパク質合成に関与しています。新しく作られたタンパク質が正しく折り畳まれるのは、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(PDI)、ERp29、Hsp70ファミリーのメンバーであるBiP/Grp78、カルネキシン、カルレティキュリン、およびペプチジルプロリルイソメラーゼファミリーを含むいくつかの小胞体シャペロンタンパク質によって可能になります。適切に折り畳まれたタンパク質だけが粗面小胞体からゴルジ体へ輸送されます。折り畳まれていないタンパク質は、ER でのストレス応答として折り畳まれていないタンパク質応答を引き起こします。酸化還元調節、カルシウム調節、グルコース欠乏、ウイルス感染の障害^[27]やタンパク質の過剰発現^{[28]は、タンパク質の折り畳みが遅くなり、}折り畳まれていないタンパク質が増加する状態である小胞体ストレス応答（ERストレス）につながる可能性があります。このストレスは、低酸素症/虚血、インスリン抵抗性、およびその他の疾患における損傷の潜在的な原因として浮上しています。^[29]

分泌タンパク質、主に糖タンパク質は、小胞体膜を通過して移動する。小胞体によって細胞全体に輸送されるタンパク質は、シグナル配列と呼ばれるアドレスタグでマークされている。ポリペプチド鎖（すなわちタンパク質）のN末端（一方の端）には、アドレスタグとして機能するいくつかのアミノ酸が含まれており、ポリペプチドが目的地に到着すると、これらのアミノ酸は除去される。新生ペプチドは、膜に埋め込まれた多タンパク質複合体であるトランスロコンを介してERに到達する。小胞体外の場所に向かうタンパク質は、輸送小胞に詰め込まれ、細胞骨格に沿って目的地に向かって移動する。ヒト線維芽細胞では、ERは常に微小管と共に分布しており、後者の脱重合により、ERに関連するミトコンドリアとの共凝集が引き起こされる。^[30]

小胞体もタンパク質選別経路の一部である。本質的には、真核細胞の輸送システムである。小胞体に存在するタンパク質の大部分は、保持モチーフによって保持される。このモチーフは、タンパク質配列の末端にある4つのアミノ酸で構成される。最も一般的な保持配列は、内腔に位置するタンパク質の場合はKDEL 、膜貫通タンパク質の場合はKKXXである。^[31]しかし、KDELとKKXXの変異は存在し、他の配列も小胞体保持を引き起こす可能性がある。このような変異がサブER局在化につながるかどうかは不明である。哺乳類細胞には3つのKDEL（1、2、3）受容体があり、非常に高い配列同一性を持っている。これらの受容体間の機能的差異はまだ明らかにされていない。^[32]

小胞体にはATP再生機構がないため、ミトコンドリアからのATPの輸入が必要となる。輸入されたATPは、タンパク質の折り畳みや輸送など、ERの細胞維持機能を実行するために不可欠である。^[33]

ER ATPトランスポーターであるSLC35B1/AXERは最近クローン化され特徴付けられており^[34]、ミトコンドリアはCa2 ⁺拮抗輸送機構を介してERにATPを供給します（CaATiER）。^[35] CaATiER機構は高nMから低μMの範囲の細胞質Ca2 ^{+に対する感受性を示しますが、Ca2 +}感知要素はまだ特定され検証されていません。^[36]

^{膵臓β細胞におけるERストレスの増加と生理学的ストレスを超えるストレスは正常なインスリン分泌を妨げ、高インスリン血症[37]}を引き起こし、その結果、ヒトの肥満に関連する末梢インスリン抵抗性を引き起こします。^[38]ヒト臨床試験でも、肥満によるインスリン分泌の増加と末梢インスリン抵抗性の間に因果関係があることが示唆されています。^[39]

XBP1の異常は小胞体ストレス反応の亢進につながり、その結果、炎症プロセスに対する感受性が高まり、アルツハイマー病の一因となる可能性さえあります。^[40]大腸 では、XBP1の異常はクローン病を含む炎症性腸疾患と関連しています。^[41]

折り畳まれていないタンパク質に対する反応（UPR）は、小胞体に関連する細胞ストレス反応である。 ^[42] UPRは、小胞体の腔内に折り畳まれていないタンパク質や誤って折り畳まれたタンパク質が蓄積すると活性化される。UPRは、タンパク質の翻訳を停止し、誤って折り畳まれたタンパク質を分解し、タンパク質の折り畳みに関与する分子シャペロンの産生を増加させるシグナル伝達経路を活性化することで、細胞の正常な機能を回復する働きをする。UPRの持続的な過剰活性化は、プリオン病やその他の神経変性疾患に関係していると考えられており、UPRの阻害はこれらの疾患の治療薬となる可能性がある。^[43]

• リボソーム関連小胞

• 小胞体 - 構造、種類、機能
• 小胞体

ウィキメディア・コモンズには、小胞体に関連するメディアがあります。

• OPM データベースにおける小胞体の脂質とタンパク質の組成
• ここで参照されているさまざまな細胞機能のアニメーション 2008-04-22 にWayback Machineでアーカイブされました