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細胞生物学用語集【ら行】
【ら】
| ラトルンキュリン |
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| 【latrunculin】 |
| 渡邊 直樹 |
| 東北大学 大学院生命科学研究科 |
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その体液が魚類に強い毒性を示す海綿（Latrunculia magnifica）から単離された化合物で、latrunculin AとBがある。単量体アクチンのATP結合部位近傍に結合（解離定数、0.2~0.4 μM）し、重合を阻害する。さまざまな細胞機能についてアクチン依存性の有無を検証するために用いられ、広く普及する化合物である。ただし、細胞に低濃度で使用すると、薬剤のもつ本来の作用に反して遊離単量体アクチン濃度を上昇させる‘latrunculin paradox’と呼ばれる効果が予測、報告されている。参考文献 Spector, I., Shochet, N. R., Kashman, Y., Groweiss, A. (1983) Science 219: 493-495.
Yarmola, E. G., Somasundaram, T., Boring, T. A., Spector, I., Bubb, M. R. (2000) J. Biol. Chem. 275: 28120-28127. Higashida, C., Suetsugu, S., Tsuji, T., Monypenny, J., Narumiya, S., Watanabe N. (2008) J. Cell Sci. 121: 3403-3412. |
【り】
| リポソームと細胞骨格（アクチン、微小管、セプチン） |
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| 【Reconstruction of cytoskeletons (actin, microtubule or septin) using liposome】 |
| 滝口 金吾・滝口 陽子 |
| 名古屋大学大学院理学研究科 |
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| 生体膜の形態形成や動態制御の機構をインビトロの系で研究する際、膜のモデルとして巨大人工脂質膜小胞（巨大リポソーム、giant liposome、giant vesicleまたはgiant unilamellar vesicleなど）がよく使われる。巨大リポソームは、脂質二重膜（lipid bilayer、脂質二分子膜など色々な呼び方がある）が水溶液中で自然に閉じてできる人工膜小胞（liposome またはvesicle）の中でも直径がμmオーダー以上のものをそのように呼ぶ [1, 2]。細胞と同程度の大きさであり、位相差、蛍光、微分干渉、暗視野などいろいろな光学顕微鏡法で直接観察ができる利点を持つ。 巨大リポソームの作製には、試験管内に作製したリン脂質を主成分とする脂質フィルムに水溶液を加え静置して得る静置水和法（gentle hydration、natural swellingなど）や [3-5]、白金や透明導電ガラス（ITO (indium tin oxide)ガラスが多く用いられる）の表面にリン脂質を主成分とする脂質を塗布しておき、水溶液中で交流電圧を印加して作るエレクトロフォーメーション法（electro formation）が主流である [6]。最近は、界面通過法（spontaneous transfer）など、油水界面にできる脂質の単層の膜（lipid monolayer、これも脂質一分子膜など色々な呼び方がある。単層の脂質二重膜との混同に注意！）を利用して作製する新たなリポソーム作製法も開発され、より広汎な条件下、より良い効率で巨大リポソームが得られるようになってきている [7, 8]。 細胞骨格と生体膜との相互作用を見る目的で、アクチンや微小管、セプチンなどを巨大リポソームに再構成させる場合には２通りある。 １つは、巨大リポソーム内に細胞骨格蛋白質を封入し、リポソーム内部の空間で再構成させる方法である。静置水和法やエレクトロフォーメーション法でリポソームを作製する際に、重合前のG-アクチンやチューブリンを含んだ水溶液を使うと、自然に内部にG-アクチンやチューブリンを取り込んだ巨大リポソームが形成されてくる。このリポソームの形成後に温度の上昇や塩の内部供給によって、リポソームの内部でアクチン線維や微小管の重合を起こさせることができる [3, 4, 9]。また界面通過法などの手法を用いれば、既に重合してできたアクチン線維やアクチンの束もリポソーム内部に再構成することが可能である [7, 8]。 もう１つは、予め作製しておいた巨大リポソームを含む溶液に、灌流装置を用いて細胞骨格蛋白質溶液を添加することにより、リポソームの外部から相互作用させ、その表面で再構成させる方法である。セプチンの膜結合能の検証および膜突起誘導活性の発見は、この方法によって成された [5]。 リポソームの作製は容易で観察法も様々あるので、膜の研究を行う際に大変有効である。しかし、巨大リポソームに限らず、リポソームを用いて実験しようとするときには以下のことに留意する必要がある。リポソームの作製にどのような手法を用いるにしても、脂質組成や作製時の温度、溶液条件が、作製効率ならびに作製されてくるリポソームのサイズや形態に大きく影響する。特に作製時に使う水溶液が２価の陽イオンや高濃度の塩を含む場合、多層の脂質二重膜からできた膜小胞（multilamellar vesicle）や、脂質二重膜を形成仕損なった脂質分子が凝集してできた油滴（lipid droplet）などが形成されてくるので、リポソームとの混同に注意しなければならない。生理的な塩濃度など高い塩濃度条件下でリポソームを使用したり作製したりするためには、先ず等張の糖を含む溶液で作製しておいたリポソームを実験に使う、脂質組成にPEG（polyethylene glycol）を結合させた脂質を加えて作製する、界面通過法などのような手法を用いてリポソームを作製する、などの工夫が必要である [5-9]。 参考文献[1] R. Lipowsky, Nature 349, 475-481 (1991)
[2] H. Hotani et al., Biosystems 71, 93-100 (2003) [3] M. Honda et al., J. Mol. Boil. 287, 293-300 (1999) [4] T. Kaneko et al., J. Mol. Boil. 284, 1671-1681 (1998) [5] Y. Tanaka-Takiguchi et al., Curr. Biol. 19, 140-145 (2009) [6] T. Wollert & J.H. Hurley, Nature 464, 864-869 (2010) [7] K. Takiguchi et al., Langmuir 27, 11528-11535 (2011) [8] K. Takiguchi et al., Methods Enzymol. 464, 31-53 (2009) [9] L. Limozin et al., Phys. Rev. Lett. 95, 178101 (2005) |
| リン脂質とアクチン細胞骨格 |
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| 【Phospholipids and actin cytoskeleton】 |
| 伊藤 俊樹 |
| 神戸大学大学院医学研究科 |
アクチン細胞骨格は、負に帯電した細胞膜の直下において機能することから、酸性脂質（主にリン脂質）による直接的な制御を受けるのではないかと考えられてきた。実際、試験管内において、イノシトールリン脂質PIP2を含む人工膜小胞（リポソーム）をカエル卵抽出液中に添加すると、「アクチンコメット」と呼ばれる重合体を形成しながら運動する様子が観察される。これはリン脂質が直接アクチンの重合を促進する証拠であるが、この現象には多数のアクチン結合／調節タンパク質が関与している。profilin、cofilin、gelsolin、α-actininなどの直接アクチン線維の形成に作用するタンパク質を始め、ERMタンパク質、talin、vinculinなどの細胞膜との接触点に関与するタンパク質、N-WASPやWAVEなどのArp2/3複合体の活性化因子に至るまで、非常に多岐に渡るアクチン調節タンパク質がリン脂質と直接結合し、その機能制御を受けることが知られている。一般的に、リン脂質との結合はアクチン重合因子の活性を促進し、逆にアクチン重合を阻害する因子やアクチン線維を切断する因子に対しては阻害的に作用する傾向がある。参考文献 |
【ろ】
| Rhoファミリー低分子量Gタンパク質による細胞骨格の制御 |
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| 【Regulation of cytoskeletons by Rho family small GTPases】 |
| 遠藤 剛 |
| 千葉大学大学院理学研究科 |
| 細胞内のアクチン細胞骨格と微小管はダイナミックに変化するが，その制御の中心的な役割を担っているのがRhoファミリー低分子量Gタンパク質である．哺乳類ではRhoファミリータンパク質は約20存在するが，これらのうちで特にRhoA, Rac1, Cdc42についての研究が進んでいる．これらはいずれも，細胞外のシグナル分子とそれらの受容体により活性化されたGDP/GTP交換因子（GEF）が作用して活性化される．すなわち，GDPを結合した不活性化状態からGTPを結合した活性化状態に変換される．活性化されたRhoファミリータンパク質は，標的タンパク質（エフェクタータンパク質）に結合して作用を現す．またGTPを結合したRhoファミリータンパク質にGTPase活性化タンパク質（GAP）が作用すると，GTPase活性が促進されてGTPを加水分解し，GDPを結合した不活性化状態にもどる． Cdc42は標的タンパク質のmDia2やN-WASPを介して，束状のアクチン線維を形成し，糸状仮足（filopodia）の形成を引き起こす．またRac1は標的タンパク質のWAVE複合体を介して，枝分かれしたアクチン線維のネットワークを形成し，葉状仮足（lamellipodia）の形成に働いている．RhoAは標的タンパク質のmDia1を介してアクチン線維を形成し，またROCK（Rhoキナーゼ）を介してアクチン・ミオシン相互作用を引き起こす．これによりストレスファイバーとフォーカルアドヒージョン（接着斑）の形成がもたらされる．走化性因子に向かって細胞が遊走する場合には，細胞前方（先導端）に形成される糸状仮足が走化性因子を含む細胞周辺の環境を探り，また葉状仮足が細胞体の移動に働く．さらにストレスファイバーが細胞後方（尾部）の退縮に働く．こうしてCdc42, Rac1, RhoAが時空的に協調して働くことにより，細胞遊走がもたらされる． 遊走している細胞は前方が広がった扇状の形態をとる．このような細胞では，核の前方に微小管形成中心（MTOC）が配置して，そこから微小管が伸長・短縮している（動的不安定性）．微小管が伸長するプラス端は細胞前方に配向し，アクチン線維やフォーカルアドヒージョンに結合すると安定化する．Cdc42とRac1は標的タンパク質のPar6, IQGAP1, PAKを介して，核前方へのMTOCの配置，および微小管の安定化や細胞膜への結合に働く．またRhoAもmDia1, mDia2を介して微小管の安定化に働く．このようにCdc42, Rac1, RhoAは遊走細胞の極性（方向性）の形成にもかかわっている． 参考文献(1) 渡邊晴子，高野和儀，遠藤 剛 (2006) 蛋白質 核酸 酵素 増刊「細胞骨格と接着」，51, 683-692.
(2) Jaffe, A.B., Hall, A. (2005) Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 21, 247-269. (3) Rottner, K., Stradal, T.E. (2011) Curr. Opin. Cell Biol. 23, 569-578. |
