封入体

封入体は、ニューロン、赤血球、細菌、ウイルス、植物などの多くの組織細胞に見られる特定の種類のタンパク質の凝集体です。封入体筋炎や遺伝性封入体ミオパチーに罹患した筋細胞にも、複数のタンパク質の凝集体である封入体が見られます。^[1]

ニューロン内の封入体は細胞質または核に蓄積することがあり、多くの神経変性疾患に関連しています。^[2] 神経変性疾患の封入体は、誤って折り畳まれたタンパク質（アグレソーム）の凝集体であり、レビー小体型認知症やパーキンソン病のレビー小体、ニューロセルピン封入体を伴う家族性脳症のコリンズ小体と呼ばれるニューロセルピン封入体、^[3]ハンチントン病の封入体、多系統萎縮症のパップ・ラントス小体、ピック小体を含む前頭側頭型認知症のさまざまな封入体など、多くの疾患の特徴です。^[4]運動ニューロンのブニナ小体は、筋萎縮性側索硬化症の中核的な特徴です。^[5]

その他の一般的な細胞封入体は、蓄積されたタンパク質、脂肪、分泌顆粒、またはその他の不溶性成分の一時的な封入体であることが多い。^[6]

封入体は、凝集したタンパク質の粒子として細菌に見られる。他の多くの細胞成分よりも密度が高いが、多孔質である。^{[7]一般的に}細菌または真核細胞におけるウイルス増殖部位を表し、通常はウイルスカプシドタンパク質で構成される。封入体には、宿主タンパク質、リボソーム成分、または DNA/RNA 断片はほとんど含まれていない。過剰発現したタンパク質と凝集体のみが含まれることが多く、可逆的であると報告されている。封入体は、大腸菌の凝集タンパク質と可溶性タンパク質の間の不均衡な平衡によって形成される動的構造であると示唆されている。封入体の形成は、非共有疎水性またはイオン性相互作用、またはその両方の組み合わせによって凝集する、部分的に折り畳まれた発現タンパク質の細胞内蓄積の結果として起こることを示す情報が増えている。 ^[^要出典^]

構成

封入体は非単位（単一）脂質膜を有する^[要出典]。タンパク質封入体は、従来、誤って折り畳まれたタンパク質を含むと考えられてきた。しかし、封入体では緑色蛍光タンパク質が蛍光を発することがあり、これは天然構造との類似性を示しており、研究者は封入体から折り畳まれたタンパク質を回収したため、これには異論がある。^[8]^[9]^[10]

形成のメカニズム

ある生物の遺伝子が別の生物で発現されると、結果として生じるタンパク質が封入体を形成することがある。これは、進化の距離が大きい場合によく起こる。たとえば、真核生物から単離されたcDNA が原核生物で組み換え遺伝子として発現されると、封入体と呼ばれる不活性なタンパク質凝集体が形成されるリスクがある。cDNA は翻訳可能な mRNA を適切にコードしている可能性があるが、結果として生じるタンパク質は外来の微小環境に出現する。これは、特にクローニングの目的が生物学的に活性なタンパク質を生成することである場合には、しばしば致命的な影響を及ぼす。たとえば、炭水化物修飾および膜輸送のための真核生物のシステムは、原核生物には見られない。原核細胞の内部微小環境( pH、浸透圧) は、遺伝子の元のソースのものと異なる場合がある。タンパク質を折りたたむメカニズムも存在しない可能性があり、通常は埋もれたままになる疎水性残基が露出して、他の異所性タンパク質上の同様の露出部位と相互作用できるようになる場合がある。内部ペプチドの切断と除去のための処理システムも細菌には存在しない。細菌でインスリンをクローン化する初期の試みは、これらすべての欠陥を抱えていた。さらに、タンパク質の濃度を低く保つための微細な制御も原核細胞には存在せず、過剰発現により細胞が異所性タンパク質で満たされる可能性があり、たとえそれが適切に折り畳まれていたとしても、その環境を飽和させることで沈殿する。^[^要出典^]

ニューロンでは

封入体は、多くの神経変性疾患に関連するタンパク質の凝集体であり、ニューロンの細胞質または核に蓄積されます。^{[2]複数のタンパク質の凝集体である封入体は}、封入体筋炎や遺伝性封入体ミオパチーに罹患した筋細胞にも見られます。^[1]

神経変性疾患における封入体は、誤って折り畳まれたタンパク質（アグレソーム）の凝集体であり、レビー小体型認知症やパーキンソン病におけるレビー小体、ニューロセルピン封入体を伴う家族性脳症におけるコリンズ小体と呼ばれるニューロセルピン封入体、ハンチントン病における封入体、多系統萎縮症におけるパップ・ラントス封入体、ピック小体を含む前頭側頭型認知症における様々な封入体など、多くの神経変性疾患の特徴である。^[4]運動ニューロンのブニナ小体は、筋萎縮性側索硬化症の中核的特徴である。^[5]

赤血球では

赤血球（赤血球）には通常、細胞質内に封入体はありませんが、特定の血液疾患では封入体が見られることがあります。

赤血球封入体には3種類あります。

発達的器官
1. ハウエル・ジョリー小体：後期網状赤血球の核崩壊または核喪失によって生じた核の小さな丸い断片で、ライト染色で赤青に染まります。
2. 好塩基性点描– これらの点描は、乾燥したライト染色で現れる、細かいまたは粗い、濃い青から紫色の染色封入物です。
3. パッペンハイマー小体–ライト染色で若い赤血球の周辺部に現れる、小さく不規則な暗色に染まる顆粒である鉄顆粒です。
4. 多染性赤血球 – 核はもうないが、RNA がまだ残っている若い赤血球。
5. カボット輪– リング状の構造で、巨赤芽球性貧血または重度の貧血、鉛中毒、および赤血球が骨髄から放出される前に破壊される赤血球異常症の赤血球に現れることがあります。
異常ヘモグロビン沈着
1. ハインツ小体^[11] - ライト染色では見えない丸い小体で、屈折性介在物。塩基性染料による超生体染色で最もよく識別されます。
2. ヘモグロビンH 封入体 -アルファサラセミア、血液 4 滴を 0.5mL のブリリアントクレシルブルーとともに37 °C で 20 分間培養すると、多くの赤血球に緑がかった青色の封入体が現れます。
原生動物の封入
1. マラリア
2. バベシア

白血球では

バール体
重要なグリーンインクルージョン
ハウエル・ジョリー小体状包有物(HJBLi)
ラッセル小体は非定型形質細胞に見られる免疫グロブリン封入体である。ラッセル小体は多数集まって細胞核を端に寄せ、その細胞はモット細胞と呼ばれる。^[12]

ウイルスでは

動物におけるウイルス封入体の例としては、

細胞質好酸性（好酸性）

核好酸球性（好酸性）

核好塩基性-

アデノウイルスのB型カウドリー小体
サイトメガロウイルスの「フクロウの目のような外観」

核と細胞質の両方

麻疹とHIV/AIDSにおけるワーシン・フィンケルディ小体

植物中のウイルス封入体の例^[13]としては、ウイルス粒子の凝集体（キュウリモザイクウイルス^[14]のような）やウイルスタンパク質の凝集体（ポティウイルス^[15]の円筒状封入体のような）が挙げられる。植物や植物ウイルス科に応じて、植物組織を適切に染色すると、これらの封入体は表皮細胞、葉肉細胞、気孔細胞に見られる。^[16]

細菌では

ポリヒドロキシアルカン酸（PHA）は細菌によって封入体として生産されます。大腸菌ではPHA顆粒のサイズが小さいため、そのサイズは限られています。^[17]細菌細胞の封入体は、真核細胞と比較して細胞内にそれほど多く存在しません。

ポリマーR体はいくつかの分類群の細菌細胞質に存在し、毒素の送達に関与していると考えられています。^[18]

タンパク質の分離

大腸菌で発現した組み換えタンパク質の70%から80%は封入体（タンパク質凝集体）に含まれています。^[19]発現したタンパク質を封入体から精製するには、通常、細菌から封入体を抽出し、続いて精製した封入体を可溶化するという2つの主なステップが必要です。封入体の可溶化には、崩壊したタンパク質を脱凝集するために、高濃度の尿素やグアニジン塩化物などの変性剤で処理することがよくあります。変性剤による処理の後には再生が行われ、多くの場合、透析や変性タンパク質の再折り畳みを促進する分子（カオトピック剤^[7]やシャペロンを含む）の使用が含まれます。^[20]

擬似包含物

偽封入体は細胞質が細胞核内に陥入したもので、核内封入体のように見えることがあります。甲状腺乳頭癌で現れることがあります。^[21]

封入体に関連する疾患

封入体疾患はアミロイド疾患とは異なり、封入体は必然的にタンパク質の細胞内凝集体であるのに対し、アミロイドは細胞内または細胞外に存在する可能性がある。また、アミロイドはタンパク質の重合を必要とするが、封入体はそうではない。^[22]

細菌の封入体の予防

封入体は、不活性タンパク質の変性凝集体でできていることが多いです。封入体の再生により活性タンパク質が可溶化され、回復することもあります。しかし、このプロセスは未だに非常に経験的で、不確実で、効率も低いです。封入体の形成を防ぐため、長年にわたりいくつかの技術が開発されてきました。これらの技術には次のものがあります。

タンパク質発現速度を遅くするために弱いプロモーターを使用する
低コピー数プラスミドの使用^[23]
シャペロンの共発現（GroES-GroELやDnaK-DnaJ-GrpEなど）^[24]
（AD494やOrigami）などの特定の大腸菌株の使用^[25]
標的タンパク質を可溶性パートナーと融合する^[26]
発現温度を下げる

参照

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構成