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真核動物細胞における膜小胞輸送には、ゴルジ体の合成およびパッケージング場所から分泌細胞の細胞膜内側の特定の放出場所への生化学的シグナル分子の移動が含まれます。これは、膜小胞(MV) と呼ばれるゴルジ膜結合型マイクロサイズの小胞の形で行われます。
このプロセスでは、パックされた細胞産物が細胞膜を越えて細胞外に放出または分泌されます。一方、小胞膜は分泌細胞によって保持され、リサイクルされます。この現象は、シナプス神経伝達、内分泌分泌、粘液分泌、好中球による顆粒物質分泌、およびその他の現象において重要な役割を果たします。この発見の背後にいる科学者は、2013 年の ノーベル賞を受賞しました。
原核生物のグラム陰性細菌細胞では、膜小胞の輸送は、外膜小胞（OMV）と呼ばれる細菌外膜で囲まれたナノサイズの小胞を介して行われます。ただし、この場合、OMV膜も、OMVの内容物とともに分泌活性細菌の外部に分泌されます。この異なる現象は、宿主-病原体相互作用、患者のエンドトキシンショック、動物や植物の侵入と感染、種間細菌競争、クオラムセンシング、エキソサイトーシス、およびその他の領域で重要な役割を果たします。
真核細胞内の動き
小胞は小胞体で生成され、ゴルジ体で変化した後、細胞内のさまざまな目的地へと向かいます。小胞はまずゴルジ体を離れ、出芽と呼ばれるプロセスで細胞質に放出されます。その後、小胞はモータータンパク質によって目的地へと移動します。小胞が目的地に到着すると、融合と呼ばれるプロセスで二重脂質層と結合し、内容物を放出します。
芽生え
ゴルジ体の膜に埋め込まれた受容体は、小胞の内腔側で特定の貨物（ドーパミンなど）と結合します。これらの貨物受容体は、他の貨物受容体や、クラスリン、COPI、COPIIなどのコートタンパク質を含むさまざまなタンパク質をリクルートします。これらのコーティングタンパク質が集まるにつれて、小胞は外側に芽生え、最終的に細胞質に放出されます。その後、コーティングタンパク質は細胞質に放出され、リサイクルされて再利用されます。[1]
細胞区画間の運動
細胞内の異なる区画間の移動には、小胞はモータータンパク質であるミオシン、キネシン（主に順行輸送）、ダイニン（主に逆行輸送）に依存しています。モータータンパク質の一方の端は小胞に付着し、もう一方の端は微小管またはマイクロフィラメントに付着します。その後、モータータンパク質はATPを加水分解して移動し、小胞を目的地まで推進します。[2]
ドッキングと融合
小胞が目的の場所に近づくと、小胞膜のRAB タンパク質が目的部位のドッキング タンパク質と相互作用します。これらのドッキング タンパク質は小胞を近づけ、標的膜にあるSNARE複合体と相互作用します。SNARE 複合体は小胞膜にあるシナプトブレビンと反応します。 [3]これにより、小胞膜が標的複合体の膜 (または細胞の外膜) に押し付けられ、2 つの膜が融合します。小胞が標的複合体と融合するか外膜と融合するかに応じて、小胞の内容物は標的複合体内または細胞外に放出されます。[4]
真核生物の例
- 細胞内輸送は、ゴルジ体槽や多小胞エンドソームなどの細胞内区画間で行われ、可溶性タンパク質をMV として輸送します。
- MV は細胞膜から直接微小小胞として出芽し、分泌細胞の外に放出されます。
- エクソソームは、多小胞エンドソームのような内部区画内に形成できる MV です。エクソソームは、このエンドソームが細胞の細胞膜と融合することで最終的に放出されます。
- レトロウイルスなどの一部のウイルスによるエクソソーム機構の乗っ取り。この場合、ウイルスは多小胞エンドソーム内で出芽し、その後エクソソームとして分泌されます。
真核細胞で起こる膜小胞輸送のこれらすべてのタイプ（1～4）のモードは図式的に説明されている。[5]
原核生物では
真核生物とは異なり、原核生物は細胞質の内部膜区画化を欠いているため、原核生物における膜小胞輸送は、宿主-病原体界面における種内（クオラムセンシング）および種間シグナル伝達のための相互作用生物学における新興分野です。細胞表面に沿った細菌外膜小胞の分散は、ヒトの腸内によく見られる常在細菌である生きた大腸菌で測定されました。抗生物質処理は小胞のダイナミクス、小胞と膜の親和性、および細胞膜の表面特性を変化させ、一般に細菌膜表面に沿った小胞輸送を促進し、その運動特性が抗生物質ストレスの兆候である可能性があることを示唆しました。[6]
40年以上にわたり、グラム陰性細菌の培養によりナノスケールの膜小胞が存在することが明らかになりました。病原性プロセスにおける膜小胞の役割は、電子顕微鏡で歯肉プラークに膜小胞が観察された1970年代から疑われてきました。[7] これらの小胞は、宿主上皮細胞表面への細菌の接着を促進すると考えられていました。 [8]その後、生体内での動物宿主細胞への侵入における役割が実証されました。 [9]細菌間相互作用では、緑膿菌によって放出されたOMVが他のグラム陰性細菌の外膜と融合して細菌を溶解することが示されました。これらのOMVはグラム陽性細菌も溶解できます。[10]ヒトの胃に酷似したモデルとして、ヒト一次胃上皮細胞へのヘリコバクター・ピロリ感染におけるOMVの役割も確認されている。 [11] VacA含有OMVは、H. pyloriに感染したヒトの胃粘膜でも検出される。 [ 12]サルモネラOMVは、1993年にニワトリ回腸上皮細胞への侵入に直接関与することが示され（文献4）、その後、チフス様動物感染において防御マクロファージをハイジャックして病原体複製の補助とし、感染マクロファージのアポトーシスを引き起こすことが示された。[13]これらの研究により、OMVが膜小胞輸送に焦点が当てられ、この現象が遺伝子形質転換、クオラムセンシング、微生物間の競合兵器、動物宿主の侵入、感染、免疫調節など、多種多様なプロセスに関与していることが示された。 [7] グラム陰性細菌によるOMVの生成メカニズムはすでに提案されており、細菌細胞分泌物の蓄積によるペリプラズムのポケット（ペリプラズム小器官と呼ばれる）の拡大と、それがシャボン玉のような形に外膜結合小胞（OMV）として切り離され、拡散するOMVが宿主/標的細胞によってさらに融合または取り込まれる（図2）。[14]
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結論として、グラム陰性菌のOMVを介した膜小胞輸送は、細胞間シグナル伝達の領域において、植物界[15]を含む種や界を横断している。
参照
参考文献
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外部リンク
- 2013 年ノーベル生理学・医学賞 – プレスリリース http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2013/press.html
- 原核生物における小胞エキソサイトーシスの発見 https://www.researchgate.net/publication/230793568_Discovery_of_vesicular_exocytosis_in_prokaryotes_and_its_role_in_Salmonella_invasion?ev=prf_pub