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細胞生物学において、微小管核形成は、微小管（MT）の新規形成を開始するイベントです。細胞骨格のこれらのフィラメントは、通常、微小管の基本的な構成要素であるα-チューブリン二量体とβ-チューブリン二量体の重合によって形成され、最初に相互作用してフィラメントが伸長する種子を核形成します。[1]
微小管の核形成は試験管内で自然に起こり、精製チューブリンの溶液から全長ポリマーが生成される。ポリマーを構成するチューブリン二量体は、十分なGTPが供給されていれば、自己凝集して円筒形のチューブに組み立てられる固有の能力を持っている。しかし、このようなプロセスの速度論的障壁により、微小管が自然に核形成する速度は比較的低い。[2]
γ-チューブリンとγ-チューブリンリング複合体（γ-TuRC）の役割
生体内では、細胞はさまざまなタンパク質を使って微小管の核形成を助けることでこの運動障壁を回避しています。微小管の核形成を助ける主な経路では、微小管自体を構成するαサブユニットとβサブユニットとは異なる、第3のタイプのチューブリンであるγ-チューブリンの作用が必要です。γ-チューブリンは、いくつかの他の関連タンパク質と結合して、γ-チューブリンリング複合体（γ-TuRC）と呼ばれる円錐構造を形成します。13回対称性のこの複合体は、核形成プロセス中にα/βチューブリン二量体の足場またはテンプレートとして機能し、成長する微小管を構成する13本のプロトフィラメントのリングの組み立てを加速します。 [3] γ-TuRCは、微小管が（+）端から成長を続ける間、（−）端のキャップとしても機能します。このキャップは、微小管 (-) 末端に安定性と、脱重合を引き起こす可能性のある酵素からの保護を提供し、同時に (-) 末端の成長を阻害します。
微小管形成中心 (MTOC) からの MT 核形成
γ-TuRC は、通常、一部の動物細胞の中心体や真菌および藻類の紡錘体極体などの微小管形成中心(MTOC)の中心的な機能単位として見られます。中心体の γ-TuRC は、間期に微小管配列の核となり、微小管の (+) 末端が放射状に細胞質の外側、細胞の周辺に向かって伸びます。その他の機能の中でも、この放射状の配列は、微小管ベースのモータータンパク質によって、小胞などのさまざまな貨物を細胞膜に輸送するために使用されます。
中心体は動物の多能性細胞にとって最も一般的な MTOC であり、分化した組織は多種多様な非中心体 MTOC を利用しています。
非中心体MTOC
有糸分裂中の動物細胞では、2つのMTOCから同様の放射状配列が生成され、紡錘体極と呼ばれ、双極性の有糸分裂紡錘体を形成します。ただし、高等植物や卵母細胞などの一部の細胞には明確なMTOCがなく、微小管は非中心体経路で核形成されます。ニューロン、骨格筋細胞、上皮細胞など、MTOCを持つ他の細胞は、中心体に関連しない微小管の配列を持っています。[4]これらの非中心体微小管配列は、筋管の細長い形状、軸索の細い突起、上皮細胞の強く極性化されたドメインにつながるものなど、さまざまな形状をとることができます。
上皮細胞では、CAMSAP3は非中心体MTOCとして機能し、細胞の頂端膜に局在しています。[5]この領域から微小管が平行線に成長し、細胞に長方形の形状を与えます。
着床前のマウス胚の初期細胞は、姉妹細胞を結合する間期微小管橋の形で、中心体以外のユニークなMTOCを利用しています。この間期橋は両細胞の微小管を組織化し、CAMSAP3を使用して微小管マイナス端を結合します。[6]
植物の皮質配列やニューロンの軸索では、カタニンなどの切断酵素の作用によって、既存の微小管から微小管の核が形成されると理論づけられています。[7]アクチンフィラメント配列を生成するコフィリン の作用と同様に、 MAPによる微小管の切断によって、微小管が成長できる新しいプラス（+）端が作成されます。このようにして、γ-TuRCの助けを借りずに、微小管の動的配列を生成することができます。
分岐MT核形成
アフリカツメガエルの卵抽出物を用いた研究では、扇状の分岐配列を生成する新しい形態の微小管核形成が特定されており、新しい微小管が古い微小管から斜めに成長している。これらの分岐微小管は、母微小管と同じ極性を維持し、その組み立てには、オーグミン複合体を介して非中心体γ-TuRCが既存の微小管の側面に結合することが含まれる。この微小管依存性の微小管核形成法は、微小管密度の急速な増幅につながる。[8]
分岐微小管の核形成は、植物界と動物界の両方で数多くの生物で観察されています。研究者は、全反射蛍光顕微鏡を使用して、有糸分裂紡錘体の形成中にショウジョウバエ細胞で分岐微小管の核形成を視覚的に観察しました。 [9]ショウジョウバエでは、γ-チューブリンの既存の微小管への局在を促進するために必要な5つのタンパク質（DGT2からDGT6）が特定されており、中心体への局在とは関連していません。[10]
微小管関連タンパク質（MAP）の役割
γ-TuRCは微小管の核形成に使われる主要なタンパク質ですが、核形成因子として働く唯一のタンパク質ではありません。他のいくつかのMAPはγ-TuRCの核形成プロセスを補助しますが、他のMAPはγ-TuRCとは独立して微小管の核を形成します。上記の分岐核形成では、卵抽出物にTPX2を添加すると核形成イベントが劇的に増加しました。一方、他の研究では、in vitro でタンパク質XMAP215が微小管アスターに核を形成し、 in vivoでその減少が中心体の核形成能を低下させました。[11] in vitro で 微小管結合タンパク質ダブルコルチンは、成長中の微小管の端ではなく側面に結合して微小管の核を形成します。[12] したがって、細胞内には、様々なメカニズムを利用して微小管の核形成のエネルギーコストを下げる核形成因子タンパク質のファミリーが存在する可能性がある。最近の研究では、γ-TuRCが存在しない場合でも、 α-およびβ-チューブリン二量体と前述のMAP TPX2の組み合わせにより、微小管の核形成を促進することが可能であるという概念を裏付ける証拠が示されている。 [13]
γ-TuRCのフォーマット化と微小管核形成の時間的・空間的制御には、いくつかのタンパク質が関与している。これらには、例えば、構造機能を持つコイルドコイルタンパク質や、 Ranサイクルの構成要素などの調節タンパク質が含まれる。NEDD1はγ-チューブリンに結合してγ-TuRCを中心体にリクルートする。[14] [15]
参考文献
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外部リンク
- MBInfo: 微小管
- MBInfo: チューブリン複合体の組み立て