膜接触部位

膜接触部位（MCS ）は、2つの細胞小器官間の近接した接合部である。超微細構造研究では、通常、膜間距離は単一タンパク質の大きさ程度で、最小10 nmかそれより広く、明確な上限はないことが明らかになっている。これらの接合領域は進化の過程で高度に保存されている。^{[1]これらの部位は}シグナル伝達を促進するために重要であると考えられており、イオン、脂質^[2]および（後に発見された）活性酸素種[ ^3]などの小分子の通過を促進する。^{[4] MCSは}小胞体（ER）の機能において重要である。 ^[5]これは細胞内で脂質合成が行われる主要な部位であるためである。 ^{[6] ERは、}ミトコンドリア、ゴルジ体、エンドソーム、リソソーム、ペルオキシソーム、葉緑体、および細胞膜を含む多くの細胞小器官と近接している。^[7]ミトコンドリアとソーティングエンドソームは両方とも、ERと接触する場所で分裂につながる大きな再配置を受けます。^[5]これらの細胞小器官のほとんどの間には、ほとんどの場合、密接な接合部位が形成されます。^{[8]これらの接触部位の最初の言及は、主に}電子顕微鏡（EM）技術を使用して視覚化された1950年代後半に発表された論文にあります。コープランドとダルトンは、それらを「ミトコンドリアと関連し、明らかに細胞の血管境界と関連する、高度に特殊化した管状の小胞体」と説明しました。^[9]

ERとPMの間のMCSは、ニューロンから筋細胞まで、ホモサピエンスからサッカロミセスセレビシエまで、さまざまな細胞タイプに存在します。いくつかの研究では、1000を超える接触部位がすべての酵母細胞に存在し、脂質二重層間の距離は10〜25 nm（単一タンパク質のサイズのオーダー）に及ぶことが示されています。PM-ER接触部位は、MCSの主な機能である脂質合成、脂質輸送、およびカルシウム恒常性と関連しています。^[3]生細胞内のER-PM接合部の形成を標識および操作するための一連の分子ツール（例：LiMETERおよびMAPPER）が開発されています。^{[10] [11]}

細胞小器官の膜におけるステロールの不均一な分布は、主に小胞以外の輸送経路に依存します。例えば、ステロールが合成されるERでは約5％を占めますが、PMでははるかに濃縮されており、脂質含有量の30％以上を占めています。^[12]

脂質は水に溶けず（例えばステロールは100 nM未満）、自発的な二重層間および二重層間の脂質移動の半減期は1～2時間から10 ^{3時間の範囲であるため、脂質輸送はステロールの主要経路ではない小胞輸送と並んで}脂質輸送タンパク質（LTP）によって媒介されているに違いないというのが一般的な見解です。LTPにはいくつかのファミリーが同定されており、それらは脂質分子をその親油性鎖を細胞質の水性環境から保護しながら運ぶことができます。^[7]

OSBPは、オキシステロール結合タンパク質（OSBP）関連タンパク質ファミリー（ORP ）の中で最も広範に研究されているメンバーです。25-ヒドロキシコレステロールの細胞質受容体として最初に説明され、^[13] 20年以上経って、ERKと複合したコレステロール調節タンパク質であることが示されました。^[14]現在、ステロールの感知と輸送の構造的基礎が説明された後、^[15] ORPタンパク質ファミリーのメンバーは、ステロールシグナル伝達とステロール輸送機能に不可欠であることがわかっています。その特異な構造は、複数の細胞小器官膜を標的とすることができる 追加ドメインを備えた保存されたβバレルステロール結合フォールドによって特徴付けられます。

酵母では、Osh4はOSBPホモログであり、ステロール結合状態と非結合状態の両方で得られた結晶構造は、親水性の外表面と単一のステロール分子を運ぶことができる疎水性ポケットを持つ可溶性βバレルタンパク質を示した。7つのOSBPホモログ（OSHタンパク質）がサッカロミセス・セレビシエで同定されており、それらの役割はERからのステロール輸送よりも、PMでのステロール組織化に関連していることが示唆されている。^[3]さらに、Stefanらは、OSHタンパク質がSac1ホスファチジルイノシトール（PI）4-ホスファターゼを介してPI4P代謝を制御することを示した。彼らはまた、Sac1調節のメカニズムを提唱した：細胞膜上の高レベルのホスファチジルイノシトール4-リン酸（PI4P）は、そのプレクストリン相同性（PH）ドメインを介してPM-ER接触部位でOsh3をリクルートする。 Osh3は活性化し、 FFATモチーフ（酸性領域上の2つのフェニルアラニン）を介してER常在VAPタンパク質Scs2/Scs22と相互作用し、最終的にER局在Sac1を活性化してPIレベルを低下させます。^[16]

VAMP関連タンパク質（VAP）は、さまざまな細胞機能に関与する高度に保存されたER膜タンパク質です。これらはERに局在し、FFATモチーフを含む複数の脂質輸送、脂質結合、または脂質感知タンパク質と相互作用する能力があることから、VAPはMCSでの脂質輸送に役割を果たしていることが示唆されています。Scs2はOsh1、Osh2、およびOsh3と相互作用します。異なるVAPは、異なる細胞小器官間の接触部位のパートナーである可能性があります。^{[17] [18]}

PM-ER接触部位は、カルシウム動態の制御においてよく知られた役割を担っています。カルシウムの主要な細胞内プールはERであり、その放出はさまざまな刺激によって引き起こされる可能性があります。興奮性細胞では、PMの脱分極と細胞内プールからの放出との連動が、 Ca ²⁺シグナル伝達の生成に不可欠です。筋細胞では、 3つ組の部位で、ER膜貫通タンパク質であるジャンクトフィリンがPMのPIPと相互作用することで、ER-PM接触の安定化に関与しています。これらの接触部位では、電位依存性Ca ²⁺チャネル（VGCC）がER上に発現する近接するリアノジン受容体を活性化し、興奮収縮連動中にカルシウム放出を引き起こします。ただし、すべての細胞タイプでカルシウムレベルを厳密に制御する必要があります。非興奮性細胞は、内腔のERカルシウムレベルを感知することで、PMカルシウムチャネルを介したカルシウム流入を制御します（カルシウム放出活性化チャネル）。ORAI1はCRACの分子成分であり、 ERタンパク質であるSTIM1と相互作用する。STIM1はERストアの枯渇後、PM-ER接触部位に急速に移行することができる。^[3]

ミトコンドリア外膜とERの接触部位は多くの生物に存在します。^[2]酵母細胞1個あたり約100の接触部位がERとミトコンドリアの間に存在します。^{[3]ミトコンドリアと共に}精製されるERの一部、いわゆるミトコンドリア関連小胞体膜（MAM）は、過去10年間に広範囲に研究されてきました。「MAM仮説」では、アルツハイマー病の病因の中心には、アミロイドプラークや神経原線維変化ではなく、ER-ミトコンドリア接触部位の障害があると提唱されています。^[19]

MAM 画分中のリン脂質生合成に関与する酵素の存在は1970 年代から知られており、一部のリン脂質の合成は両方の細胞小器官で完了します。たとえば、ホスファチジルコリンの生合成経路には、ER 上とミトコンドリア内膜上の異なるステップが含まれます。Connerth らは、ミトコンドリア膜間でホスファチジン酸(PA) をシャトルできる酵母 LTP として Ups1 を特定しました。彼らは、効果的な脂質移動には、内膜でホスファチジン酸をカルジオリピンに変換するために Ups1 と Mdm35 の相互作用が必要であることを示しました。さらに、彼らは、ミトコンドリアでのカルジオリピンの蓄積を制限する制御フィードバック機構の存在を示唆しました。つまり、カルジオリピンの高濃度は、最終的にその合成と PA のミトコンドリアへの輸入を阻害することになります。^[20] Lahiri らによる別の研究ERとミトコンドリアの接触が失われると、PE合成の前駆体であるホスファチジルセリン（PS）の輸送が減少するため、ミトコンドリアでのホスファチジルエタノールアミン（PE）の生合成が著しく減少することが実証されている。^[21]

• 分泌経路
• 脂質代謝
• 脂質二重膜の融合