線維形成

原線維形成とは、結合組織のコラーゲン繊維に通常存在する微細原線維の発達です。これは、新ラテン語のfibrilla (原線維、または原線維に関連するという意味) とギリシャ語のgenesis (作成する、何かが作成されるプロセス) に由来しています。

コラーゲン原線維の組み立て、すなわち原線維形成は自己組み立てプロセスのようですが、体内でコラーゲン原線維が生成されるメカニズムの詳細については多くの憶測があります。^[1]体内で、コラーゲン原線維は数種類のコラーゲンと高分子で構成されています。I型コラーゲンは脊椎動物の体内で最も豊富な構造高分子であり、さまざまなコラーゲン原線維内で最も豊富なコラーゲンでもあります。 ^[2]体内に存在するコラーゲン原線維の種類には大きな違いがあります。たとえば、腱内の原線維は幅が異なり、凝集体に束ねられて原線維束を形成し、1 次元内での張力に抵抗します。同様に、半透明の角膜間質マトリックスを形成する原線維は直交シートを形成し、2 次元での牽引力に耐えます。これらの 2 つの構造的に異なるコラーゲン原線維は、同じ分子から形成されていると推測されており、両方の構造内で主要なコラーゲンは I 型コラーゲンです。^[2]

線維形成の正確なメカニズムについての具体的な証拠や合意はありませんが、一次研究に基づく複数の仮説から、検討すべきさまざまなメカニズムが提示されています。コラーゲンの線維形成は、胚発生中に細胞膜で起こります。体内のコラーゲンの変性温度は32〜40℃で、生理的温度もこの範囲内にあるため、大きな問題となります。^[3]コラーゲンが組織内でどのように生き残り、コラーゲン線維の形成を受け入れるのかはわかっていません。変性の問題に対する仮説上の解決策は、新しく形成されたコラーゲンが液胞に貯蔵されるというものです。貯蔵液胞には、体内で線維形成が起こるために必要な熱安定性を提供する分子凝集体も含まれています。^[3]体内では、線維性コラーゲンには50を超える既知の結合パートナーがあります。^[1]細胞は、どの分子が互いに結合するかを制御し、さらに異なる組織における特定のコラーゲン原線維の多様性と集合を確実にするために、原線維形成プロセスを細胞膜に局在させることによって、結合パートナーの多様性を考慮します。^[1] Kader、Hill、およびCanty-Laridは、コラーゲン原線維の形成に関するもっともらしいメカニズムを発表しました。細胞骨格内のインテグリンと呼ばれる受容体タンパク質に結合する糖タンパク質であるフィブロネクチンは、仮定された原線維形成方法の重要な役割を担っています。フィブロネクチンとインテグリン受容体との相互作用により、フィブロネクチンの構造変化が引き起こされます。追加の受容体がフィブロネクチンに結合し、I型コラーゲン、プロコラーゲンI、およびコラーゲンVがもたらされます。これらの分子はフィブロネクチンと相互作用して、細胞表面での原線維形成を促進します。^[1]

マウスを使った研究と、関節の過可動性と皮膚のたるみが特徴のエーラスダンロス症候群（EDS）の研究に基づいて、研究者らは、テネイシンXの発現レベルが存在するコラーゲン原線維の数と相関していることを発見した。ヒトでは、テネイシンXはEDSに関連している。研究を通じて、研究者らは、テネイシンXがコラーゲン原線維形成を阻害するという当初の仮説を覆し、むしろコラーゲン原線維形成の調節因子として機能することを示唆している。データは、テネイシンがコラーゲン原線維間隔の調節因子であることを示唆している。in vitro試験では、コラーゲンVIが存在する場合、テネイシンXが付加的なメカニズムによってコラーゲン原線維形成を促進することを示唆する証拠が得られている。^[1]テネイシンXに加えて、複数のタンパク質、複合糖質、および小分子が、実験室での研究では、コラーゲン原線維形成の速度だけでなく、コラーゲン原線維の構造とそのサイズにも影響を与えることがわかっている。

線維形成は、濁度試験を用いて分析することができる。^[4] 濁度は、サンプルのかすみ、曇り、または霧を測定する方法であり、前記サンプルの光散乱特性を試験するためにも使用することができる。線維形成の濁度試験は、濁度が低いコラーゲン三重らせんサンプルから始まる。線維形成が完了すると、三重らせんは線維を形成する。線維サンプルは、三重らせんサンプルと比較すると濁度が高くなります。線維形成が起こっている間、サンプルの光散乱特性は時間の経過とともに変化し、これは分光光度計で測定することができる。分光光度計で線維形成を測定するために通常使用される波長は、310nm～313nmの範囲である。I型コラーゲン三重らせんの濁度試験をグラフにプロットすると、シグモイド曲線が表示されます。 ^[4]シグモイド曲線は、ラグフェーズ、成長フェーズ、プラトーフェーズの3つのフェーズに分かれています。^[5]

コラーゲン線維形成のメカニズムと、その過程の調節因子をより深く理解することで、エーラス・ダンロス症候群(EDS) などのコラーゲン線維の形成と集合に影響を与える疾患をより深く理解できるようになります。より広い意味では、線維形成の背後にある過程を理解することで、再生医療の分野が大きく進歩するでしょう。理解が深まれば、外傷によって損傷した臓器や組織をコラーゲン線維形成の原理を利用して再生できる未来が開けるでしょう。