顆粒（細胞生物学）

細胞生物学 において、顆粒とは光学顕微鏡ではほとんど見えない小さな粒子のことである。この用語は、細胞生理学の重要な成分を含む分泌 小胞を説明するために最もよく使用される。 ^[1]顆粒の例には、顆粒球、血小板顆粒、インスリン顆粒、ゲルマン顆粒、デンプン顆粒、ストレス顆粒などがある。

顆粒球と呼ばれる白血球のグループは、免疫システムで重要な役割を果たす酵素顆粒を含む白血球です。顆粒球には、細菌や寄生虫を攻撃し、アレルゲンに反応する好中球、好酸球、好塩基球が含まれます。各タイプの顆粒球には、その機能に合わせた酵素と化学物質が含まれています。^[1]

例えば、好中球には一次顆粒、二次顆粒、三次顆粒、分泌小胞が含まれています。一次小胞はアズール顆粒とも呼ばれ、病原体の破壊を助けるエラスターゼ、ミエロペルオキシダーゼ、カテプシン、ディフェンシンなどの加水分解酵素を分泌します。好中球の二次顆粒、または特定の顆粒には、鉄結合タンパク質ラクトフェリンが含まれています。三次顆粒にはマトリックスメタロプロテアーゼが含まれています。^{[2] [3]}

ナチュラルキラー細胞などの他の免疫細胞には、ペロリンやプロテアーゼなどの顆粒酵素が含まれており、隣接する細胞の溶解につながる可能性があります。^[2]  

顆粒の内容物が放出されるプロセスは脱顆粒として知られています。この厳密に制御されたプロセスは免疫刺激によって開始され、顆粒が細胞膜に移動し、融合して放出されます。^[2]

血小板の顆粒は濃厚顆粒とアルファ顆粒に分類されます。

α 顆粒は血小板に特有で、血小板顆粒の中で最も多く、血小板 1 個あたり 50～80 個あります 2。これらの顆粒の直径は 200～500 nm で、血小板の容積の約 10% を占めます。主にタンパク質、膜関連受容体 (αIIbβ3 や P セレクチンなど) と可溶性貨物 (血小板因子 4 [PF4] やフィブリノーゲンなど) が含まれています。プロテオーム研究では、止血（フォン・ヴィレブランド因子 [VWF] や因子 V など）、炎症（CXCL1 やインターロイキン-8 などのケモカインなど）、創傷治癒（血管内皮増殖因子 [VEGF] や線維芽細胞増殖因子 [FGF] など）など、さまざまな機能に関与する 300 種類以上の可溶性タンパク質が特定されています 3。透過型電子顕微鏡では、α 顆粒は周囲の境界膜、高密度の核様体、徐々に透明になる周辺領域を持つ球状細胞小器官として表現されるのが一般的ですが、これはおそらく単純化しすぎており、部分的には調製時のアーティファクトである可能性があります。血小板の3次元再構成による電子トモグラフィーでは、一般的にVWFを欠く管状α顆粒がかなりの割合で見られることが注目される4。透過型電子顕微鏡と休止期血小板の凍結置換脱水法を用いた最近の研究では、α顆粒は一般的に均質なマトリックスを持つ卵形で、活性化するとα顆粒から管が形成されることが示された5。したがって、α顆粒間に顕著な構造的異質性が存在するかどうかは、まだ完全に解明されていない。α顆粒のエキソサイトーシスは、主にフローサイトメトリーによるPセレクチン（CD62P）の細胞膜発現、またはPF4、VWF、またはその他の顆粒貨物の放出量の推定によって評価される。^[4]

濃密顆粒（δ顆粒とも呼ばれる）は、血小板顆粒の中で2番目に多く、血小板1個あたり3～8個存在する。その直径は約150 nmである2。血小板に特有なこれらの顆粒は、リソソーム関連細胞小器官（LRO）のサブタイプであり、このグループにはメラノソーム、 II型肺胞細胞の層状小体、細胞傷害性T細胞の溶解性顆粒も含まれる。濃密顆粒には主に生理活性アミン（セロトニンやヒスタミンなど）、アデニンヌクレオチド、ポリリン酸、ピロリン酸、および高濃度の陽イオン（特にカルシウム）が含まれる。これらの顆粒は、高濃度の陽イオンにより全載電子顕微鏡で電子密度の高い外観を示すことからその名前が付けられている。濃密顆粒のエキソサイトーシスは、通常、ルシフェラーゼベースの発光技術を使用したADP/ATPの放出、事前にロードされた[3H]セロトニンの放出、またはフローサイトメトリーによるリソソーム関連膜タンパク質2（LAMP2）またはCD63の膜発現によって評価されます。^[4]

他の血小板顆粒も報告されている。血小板には、血小板あたり約 1～3 個のリソソームとペルオキシソームが含まれるが、その血小板特異的機能は不明である。リソソームのエキソサイトーシスは、通常、β ヘキソサミニダーゼなどのリソソーム酵素の放出量を推定することで評価される。Toll 様受容体 9 (TLR9​​) とタンパク質ジスルフィドイソメラーゼ (PDI) の存在によって定義される電子密度の高い顆粒 (T 顆粒と呼ばれる) も報告されているが、その存在は依然として議論の的となっている。PDI および他の血小板由来のチオールイソメラーゼは、巨核球小胞体 (ER) 由来の非顆粒コンパートメント内にパッケージ化されていることが報告されており、これは高密度尿細管系に関連している可能性がある。^[4]

インスリン顆粒は、膵臓のβ細胞に見られる特定の種類の顆粒です。インスリン顆粒は分泌顆粒であり、血流中のブドウ糖濃度を調節して恒常性を維持するホルモンであるインスリンの貯蔵と分泌を担っています。顆粒によるインスリンの放出は、血漿ブドウ糖濃度と、その結果として膵臓細胞に流入するカルシウムイオンによってシグナルが送られ、顆粒のエキソサイトーシスが開始されます。インスリンの放出は二相性で、インスリンは最初に一次相で細胞膜に最も近い顆粒から放出されます。二次相では、インスリン顆粒はβ細胞の深部にある貯蔵庫から集められ、放出速度が遅くなります。^[5]

インスリン顆粒は重要な成熟過程を経る。まず、前駆体プロインスリン分子が小胞体で合成され、ゴルジ体ネットワークにパッケージされる。インスリン顆粒はトランスゴルジ体ネットワークから出芽し、クラスリン被覆小胞輸送によってさらに選別される。出芽後、インスリン分泌顆粒は酸性化され、エンドプロテアーゼPC1/3およびPC2が活性化され、プロインスリンがインスリンに変換される。クラスリン被覆が解放され、インスリン分泌顆粒はアクチンフィラメントと微小管を介して細胞全体に輸送される。^[6]

1957年、アンドレとルイエは初めて「ヌアージュ」という用語を作った。^[7]（フランス語で「雲」）。その不定形かつ繊維状の構造は、1933年にはすでに図に現れていた（リズリー）。今日、ヌアージュは、生殖系列の運命を担う細胞の核膜の細胞質面を包み込む、特徴的な電子密度の高い 生殖質 小器官を表すと認められている。同じ顆粒物質は、濃密体、ミトコンドリア雲、卵黄核、バルビアニ小体、線虫の核周P顆粒、アフリカツメガエルの胚芽顆粒、マウスの染色体様体、ショウジョウバエの極性顆粒など、さまざまな同義語でも知られている。分子的には、ヌアージュは、異なる局在を示すRNA 結合タンパク質が密に絡み合ったネットワークであり、これにより、異なる保管、非対称分離（非対称細胞分裂に必要な場合）、異なるスプライシング、および/または翻訳制御のために、特定のmRNA種が局在化されます。生殖細胞顆粒は、すべての後生動物門の生殖細胞系列において祖先から受け継がれ、普遍的に保存されているようです。

多くの生殖細胞顆粒成分はpiRNA 経路の一部であり、転移要素を抑制する働きをします。

デンプンは、植物細胞内でエネルギーを貯蔵するために使用される不溶性炭水化物です。デンプンには、遷移デンプンと貯蔵デンプンの2つの形態があります。遷移デンプンは光合成によって合成され、葉などの光合成植物組織細胞に存在します。貯蔵デンプンは長期間貯蔵され、根や茎などの非光合成組織細胞に存在します。貯蔵デンプンは、発芽または再成長中、またはエネルギー需要が光合成による純エネルギー生産を上回ったときに利用されます。^[8]

デンプンは顆粒の形で保存されます。デンプン顆粒はアミロペクチンとアミロースの結晶構造で構成されています。アミロペクチンは分岐および非分岐のA鎖、B鎖、C鎖でデンプン顆粒の構造を形成します。アミロースはアミロペクチン構造の隙間を埋めます。顕微鏡で見ると、デンプン顆粒は「成長輪」と呼ばれる同心円状の層のように見えます。デンプン顆粒には、顆粒に結合したデンプン合成酵素とアミロペクチン合成酵素も含まれています。注目すべきことに、デンプン顆粒は植物組織や種によって大きさや形態が異なります。^[8]

ストレス顆粒はタン​​パク質とRNAで構成され、酸化ストレス、温度、毒素、浸透圧などの環境条件の結果として翻訳を開始していないmRNAのプールから形成されます。ストレス顆粒には、翻訳開始因子、RNA結合タンパク質（顆粒の成分の50％を占める）、および非RNA結合タンパク質も含まれています。ストレス顆粒は、mRNA結合タンパク質間のタンパク質間相互作用によって形成され、タンパク質のメチル化またはリン酸化の影響を受けます。ストレス顆粒には、タンパク質とmRNAの濃度が高い「コア」と、それほど濃度が高くない外側の領域があります。ストレス顆粒は構造が動的で、 p-ボディまたは細胞質とドッキングして交換することができます。また、細胞質内で融合と分裂を行うこともできます。^[9]

ストレス顆粒の形成は細胞の状態に依存します。酵母では、ストレス顆粒は高温の条件下で形成されます。ストレス顆粒は、mRNAの局在、細胞シグナル伝達経路、抗ウイルスプロセスにおいて重要な役割を果たします。分解されると、ストレス顆粒内のRNAは翻訳に戻ったり、細胞廃棄物として除去されたりします。ストレス顆粒は、mRNAを細胞質との相互作用から保護する可能性があります。さらに、ストレス顆粒の形成や分解に影響を与える変異は、ALSやFTLDなどの神経変性疾患に寄与する可能性があります。ただし、ストレス顆粒が細胞生理に及ぼす影響はまだ研究中です。^[9]