HOME- ホーム
- >
- 細胞生物学用語集トップ
- >
- 新着細胞生物学用語集(������������)
新着細胞生物学用語集(������������)
| 筋原線維（筋原繊維） |
|---|
| 【Myofibril】 |
| 遠藤 剛 |
| 千葉大学大学院理学研究科 |
| 骨格筋や心筋は収縮することにより，からだの各部の動きや心臓の拍動を担っている．この収縮を担っている筋細胞内の構造が筋原線維である．筋原線維は直径が約1 μmで細長い円筒状の構造で，筋細胞内にぎっしり詰まっている．筋原線維を構成するミオシン線維がアクチン線維をたぐり寄せて滑り込ませることにより，筋収縮が起こる．アクチン線維は長さが約1 μmに揃っている．その反やじり端はZ線（Z帯，Z盤）に入り込んでおり，Z線で固定されている．一方，ミオシン線維は長さが約1.5 μmに揃っている．中央のM線（M帯）から両側に向かって伸びており，M線で固定されている．Z線から次のZ線の間をサルコメア（sarcomere）と呼び，筋原線維の構成単位である．
コネクチン／タイチン（connectin/titin）は分子量が3,000-3,700 kDaの最大のタンパク質であり，Z線とM線をつないでいる．ばねの働きをする部位があり，ミオシン線維をサルコメアの中央に位置させたり，受動的張力によりサルコメアの長さを保持している．またネブリン（nebulin）は骨格筋特異的に発現している分子量が600-900 kDa，長さが約1 μmの巨大タンパク質で，Z線からアクチン線維のほぼ全長にわたって伸びている．Z線からアクチン線維が形成される時には，ネブリンに沿って伸長する．心筋にはネブリンは存在せず，代わりに長さが約0.15 μmのネブレット（nebulette）が存在している．α-アクチニン（α-actinin）はZ線に局在して，アクチン線維同士を架橋している．アクチン線維の溝に沿って，トロポミオシン（tropomyosin）とそれに結合したトロポニン（troponin）複合体（T, I, Cの3つのサブユニットから成る）が存在している．トロポニンはミオシンとアクチンの相互作用を阻害するが，トロポニンにCa2+が結合することにより，この阻害が解除されて筋収縮が起こる．筋原線維中のトロポミオシン-トロポニンを含むアクチン線維を細い線維（thin filament）と呼ぶ．一方，ミオシン線維には，ミオシン結合タンパク質C（MyBP-C），M線に局在するMタンパク質（M-protein）やマイオメシン（myomesin）などが結合している．筋原線維中のこれらのタンパク質を結合したミオシン線維を太い線維（thick filament）と呼ぶ．筋原線維にはこれらのタンパク質以外にもいくつものタンパク質が存在するが，機能が十分に解明されていないものも多い． 筋細胞はインスリン様増殖因子1（IGF-1）が作用することによって肥大するが，その過程で筋原線維が形成される．IGF-1によって活性化されたホスファチジルイノシトール3-キナーゼ（PI3K）-Aktシグナリングを介して，Z線でネブリンのC末端にN-WASPが結合する．この複合体がアクチン重合核形成因子として働き，Z線でアクチン重合核が形成される．さらにZ線からネブリンに沿ってアクチン線維が伸長する．こうして筋原線維のアクチン線維が形成される．一方，IGF-1によるミオシン線維形成の機構はまだ不明である． 参考文献(1) Clark, K.A., et al. (2002) Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 18, 637-706.
(2) Lange, S., Ehler, E., Gautel, M. (2006) Trends Cell Biol. 16, 11-18. (3) 高野和儀，遠藤 剛 (2011) ライフサイエンス新着論文レビュー (4) 高野和儀，渡邊-高野晴子，遠藤 剛 (2011) 実験医学 29, 1273-1276. |
| 酵母のアクチン細胞骨格 |
|---|
| 【The actin cytoskeleton in yeasts】 |
| 中野 賢太郎 |
| 筑波大学大学院生命環境科学研究科 |
| お問合せ |
| 基礎研究に用いられる酵母は、主に出芽酵母 (budding yeast, Saccharomyces cerevisiae) と分裂酵母 (fission yeast, Schizosaccharomyces pombe) である。両者の進化系統の隔たりは大きいが、アクチン細胞骨格 (actin cytoskeleton) の性状については共通性が高い。そのため、酵母の研究から得られた知見は、真菌類のみならず真核生物全般にも当てはまる場合が多い。酵母の実験系では、条件致死性を利用した遺伝学的解析や相同組換えによる目的遺伝子の破壊が容易であり、細胞機能に必須な遺伝子の機能解析が自在に出来る。この特質により、アクチン、及びその調節タンパク質の細胞内の分子機能の研究において、両酵母は重要な地位を占める。
酵母には、アクチンパッチ (actin patch)、アクチンケーブル (actin cable)、そしてアクチンリング (actin ring) の３種類の構造が認められる。アクチンパッチは細胞質側に貫入した細胞膜領域を覆うように比較的短いアクチン繊維が取り巻いたもので、エンドサイトーシス (endocytosis) の際に小胞を切り離す役割を担う。通常、細胞の成長領域や分裂面では、複数のアクチンパッチが頻繁に形成と解体を繰り返す。また、それらの細胞領域から細胞質中に数本のアクチンケーブルが伸長する。これはV型ミオシン (myosin V) のレールであり、成長領域への物質輸送に寄与する。一方、アクチンリングは分裂期にのみ出現する構造で、II型ミオシン (myosin II) を構成成分として含む。これは動物細胞の収縮環に相当し、細胞質分裂 (cytokinesis) に伴い、その径を縮める。補足すると、アクチンリングの収縮に付随して、分裂面に新しい細胞壁（隔壁）が新生されることも酵母の細胞質分裂には重要である。なお酵母においては、動物細胞のように細胞膜直下を裏打ちするアクチン細胞骨格のメッシュワークは報告されていない。このような構造は、細胞壁で被われた酵母には不要なのだろう。 上記の３種類の構造の構築において、先導的な役割を担うアクチン重合促進タンパク質は、アクチンパッチでは Arp2/3 複合体 (Arp2/3 complex) が、アクチンケーブルやアクチンリングではフォルミン (formin) である。これらの活性は、Rho ファミリーの低分子量 GTPase の制御下に置かれているらしい。またアクチン束化タンパク質 (actin-bundling protein) やキャッピングタンパク質 (actin-capping protein) 、脱重合タンパク質 (actin-depolymerizing factor) などについても、動物細胞や植物細胞のものと酵母のものとで共通性が高い。 参考文献 |
| 細胞性粘菌におけるアクチン細胞骨格 |
|---|
| 【Actin-cytoskeleton in Dictyostelium cells】 |
| 祐村 恵彦 |
| 山口大学大学院医学系研究科 |
| お問合せ |
土壌生物である細胞性粘菌は，その生活環に単細胞と多細胞の時期を持つ。単細胞は走化性運動により集合することで多細胞になる。この細胞の運動は白血球に酷似しており，白血球や動物細胞の細胞運動のモデル生物として研究されている。細胞の運動機構は，細胞前端部でのアクチン繊維重合による細胞膜の押し出しと，細胞尾部に局在するミオシンII（骨格筋のミオシンに似る）によるATP依存的な尾部収縮によると考えられている。細胞性粘菌の細胞のアクチン繊維の細胞内分布を蛍光ファロイジン染色で調べると，仮足に最も多くのアクチンが存在しており，ストレスファイバーのような大きな束構造はない。これ以外にも，細胞膜を裏打ちする構造，点状の基質接着部位，尾部ではミオシンIIと相互作用できるようなアクチン繊維束が存在する。細胞質には多量の単量体のプールが存在し，細胞前端部でのアクチン繊維はArp2/3複合体により，Y字に枝分かれした状態で膜の方から重合が進行する。重合には多くのアクチン結合タンパク質が関与する。細胞分裂の最終段階である細胞質分裂時には，分裂面にアクチンとミオシンIIからなる収縮環が形成され，この構造の収縮により，細胞は２つの嬢細胞に分断される。ミオシンII欠損細胞では，収縮環依存の細胞質分裂ができないため，多核化する。参考文献Yumura, S. and T. Q. P. Uyeda. (2003).
Myosins and cell dynamics in cellular slime molds. International Review of Cytology, 224:173-226. PubMed |
| 植物ミオシン |
|---|
| 【plant myosins】 |
| 山本 啓一 |
| 千葉大学理学部生物学科 |
| お問合せ |
現在、ミオシンは二十数種に分類されているが、植物で働いているのはVIII型とXI型である。XIII型というミオシンがカサノリから発見されたがそれはXI型の一種と見なされることになった。VIII型は原形質連絡の開閉やエンドサイトーシスに関与し、XI型はオルガネラの輸送とそれに伴う原形質流動に関与すると考えられている。植物細胞は動物細胞と比べてサイズが桁違いに大きいので、細胞内の物質循環を拡散に任せるわけにはいかず、原形質流動という細胞質の流れを起こしている。この流れは、XI型ミオシンが、小胞体膜のネットワークを引きずりながら、アクチンフィラメント上を滑り運動することにより引き起こされる。車軸藻の節間細胞は長さが数cmもあり、その中では毎秒７０マイクロメーターという速い原形質流動が起こっている。この流速は車軸藻ミオシンがアクチン上を動く速度そのものなので、車軸藻ミオシンは筋肉ミオシンの10倍以上の速さで動くことのできる世界一速いモータータンパク質と言える。動かない植物のミオシンが、動くことが特徴である動物の筋肉ミオシンより速いというのはどのような意味があるのだろう。実は、この速さゆえ、車軸藻ミオシンがATPの化学エネルギーを運動に変換する効率は低く、出せる力は筋肉ミオシンと比べるとかなり小さい。原形質流動を引き起こす力はあまり強くなくて良いので、車軸藻ミオシンはエネルギー変換効率を犠牲にして巨大細胞内での物質輸送の速さを追求したものと考えられる。モデル植物のシロイヌナズナにはVIII型ミオシン遺伝子が４、XI型ミオシン遺伝子が13存在する。シロイヌナズナXI型ミオシン遺伝子を１−２個ノックアウトしてもオルガネラの輸送速度や表現系に大きな変化は見られないので、ミオシン間で機能の重複があるようだ。推定される細胞内での役割と対応するように、VIII型ミオシンの酵素活性や運動活性はXI型ミオシンより低い。
参考文献Yamamoto, K.(2008) "Plant Myosins" Chapter 12 in "Myosins" Ed. by L. M. Coluccio Springer Netherlands Ito,K., Kashiyama, T., Shimada, K., Yamaguchi, A., Awata, J., Hachikubo,Y., Manstein, D. J., and Yamamoto, K. (2003) Biochem Biophys Res Commun, 312, 958-964. Yamamoto, K., Shimada, K., Ito, K., Hamada, S., Ishijima, A., Tsuchiya, T. and Tazawa, M. (2006) Plant Cell Physiol. 47, 1427-1431. 山本研究室ホームページ |
| 植物の微小管 |
|---|
| 【microtubule in plants】 |
| 村田 隆 |
| 基礎生物学研究所 生物進化研究部門 |
| お問合せ |
植物細胞の微小管はその構築様式に特徴を持つ。第一の特徴は細胞周期の進行にともなって様々な構造を作ることである。間期の細胞では微小管は細胞膜に沿って並ぶ（表層微小管列、cortical array）。M期が近づくと、微小管は将来の分裂面に沿って帯状に集積する（分裂準備帯、preprophase band）。紡錘体の極は収束せず、樽状の紡錘体ができる。細胞質分裂で細胞板ができる時には、微小管は細胞板を分泌するフラグモプラスト（隔膜形成体、phragmoplast）をつくる。表層微小管列は緑藻を含む多くの緑色植物に見られるが、分裂準備帯は陸上植物の体細胞、フラグモプラストは陸上植物とその近縁の藻類にのみ見られる構造である。第二の特徴は、中心体を持たず、微小管形成が細胞内の様々な場所で起こることである。表層微小管列においては既存の微小管上で新しい微小管が形成されることがわかっている。中心体の喪失は陸上植物の体細胞に見られる現象で、多くの緑藻は中心体を持つ。参考文献 |
| 酵母の極性と輸送 |
|---|
| 【cell polarity and polarized transport in yeast】 |
| 田中 一馬 |
| 北海道大学 遺伝子病制御研究所 疾患制御部門 分子間情報分野 |
| お問合せ |
細胞極性形成の基本的な過程は、(1) 位置のシグナル（polarity cue）、(2) 位置のシグナルからのシグナルの伝達 （signal transduction）、(3) 細胞骨格の再編成、(4) 極性輸送（polarized transport）から成る。出芽酵母の場合、(1)は出芽痕に関連しており特異的であるが、(2)、 (3)、 (4)は真核細胞に広く見られるメカニズムである。特に(2)の中心を成すのはCdc42低分子量GTP結合タンパク質（small GTPase）とそのエフェクター（effector）群であり、エフェクターの中にはフォルミン（formin）のように（3）において重要な役割を果たすタンパク質もある。酵母において輸送の原動力はミオシンV（Myo2）であって、アクチンケーブル（actin cable）に沿って輸送小胞（transport vesicles）やmRNAなどを極性形成部位へ輸送する。輸送小胞の極性形成部位近傍の細胞膜（plasma membrane）への融合はそのまま極性成長（polarized growth）へと繋がる。参考文献 |
| 酵母の紡錘体微小管 |
|---|
| 【Spindle microtubules in yeast】 |
| 佐藤 政充 |
| 東京大学大学院理学系研究科生物化学専攻 |
| お問合せ |
| 紡錘体(スピンドル、spindle)は微小管(microtubule)の束が多数集まって構成される細胞内の構造である。真核細胞において紡錘体はゲノム染色体を2個の娘細胞に分配するために必要不可欠の役割を担う(「紡錘体微小管」の項を参照)。酵母における紡錘体微小管の基本的な機能や性質は高等生物のものと良く似ているが、相違点もいくつかある。 高等生物では一般的に紡錘体はひし形であるが、酵母では微小管が束ねられて直線状の形を示す（図参照）。また、酵母では分裂期でも核膜が崩壊しない(closed mitosisと呼ばれる)ため、紡錘体が核内に形成されるという大きな特徴がある（「酵母の核分裂」の項を参照）。 分裂酵母では、間期(interphase)に見られる細胞質の微小管構造は分裂期(mitosis)になると消失し、かわりに核内に紡錘体微小管を形成する（図参照）[1]。このように、細胞周期の時期に応じて、微小管の形成される場所が細胞質から核へと移る。その分子メカニズムはまだ明らかにされていないが、第一に微小管を安定化するタンパク質が核内に蓄積することが重要であり、第二に微小管を形成する原点であるスピンドル極体(SPB；「酵母の中心体」の項を参照)が分裂期に核膜に埋め込まれることが必要であると考えられる[2, 3]。 これに対して、出芽酵母のSPBは細胞周期を通して常に核膜に埋め込まれているため（「酵母の中心体」の項を参照）、間期でも核内にわずかながら微小管構造が存在し[4]、分裂期に突入する前のG2期の段階で紡錘体を形成する（図参照）。さらに出芽酵母では、出芽した娘細胞に核を正しく分配させるために、細胞質の微小管が細胞の内壁をたどっていき紡錘体を回転させ（spindle orientation、図参照）、核を娘細胞へと誘導する。 紡錘体微小管は、複製された染色体の動原体部位(キネトコア、kinetochore)を接着して両極に引っ張ることで染色体を分配する。微小管の接着が未完了の場合や、不適切な接着が起きた場合には、紡錘体形成チェックポイント(spindle assembly checkpoint)と呼ばれる監視機構が活性化して、すべての動原体が微小管によって正しく捕捉されるまで細胞周期を分裂中期(metaphase)に停止させる。Mad2やBub1などのチェックポイント因子は酵母からヒトまで真核細胞生物で幅広く保存されている。 参考文献 |
| 酵母の核分裂 |
|---|
| 【Closed mitosis: nuclear division in yeast】 |
| 新井 邦生・佐藤 政充 |
| 東京大学大学院理学系研究科生物化学専攻 |
| お問合せ |
| 酵母における細胞分裂は、基本的には高等生物の細胞分裂と類似しているが、分裂期に核膜が崩壊しないことが構造上の最も大きな違いである。
高等生物では、分裂期に核膜が消失する(nuclear envelope break down, NEBD)ため、その形態はopen mitosisと呼ばれる。酵母を含む多くの単細胞生物では分裂期でも核膜が崩壊せず、closed mitosisと呼ばれる（図参照）[1]。したがって、Ran GTPaseによって統括される核・細胞質間の物質輸送は分裂期にも機能する。紡錘体微小管は核内に形成される必要がある（「酵母の紡錘体微小管」「酵母の中心体」の項を参照）が、Ranが輸送する重要な積み荷として、紡錘体微小管の形成に重要な役割を果たすAlp7/TACC (transforming acidic coiled-coil)タンパク質が知られている[2]。分裂後期(anaphase)には、紡錘体微小管が伸長することで核膜が維持されたまま核が2個に分裂する。このように、体細胞分裂において核分裂をおこすためには紡錘体微小管の伸長が不可欠である。 酵母の核分裂はclosed mitosisのみだと長らく信じられてきた。しかし近年、分裂酵母S. pombeの減数第2分裂においては、核膜は崩壊しないものの、核・細胞質間を隔てる機能が失われることが分かった（semi-open meiosis, virtual open meiosisと呼ぶ；図参照）[3,4]。減数第2分裂では配偶子（胞子）を作るために、核膜のまわりに前胞子膜(forespore membrane)と呼ばれる膜を形成する。前胞子膜が形成されることで、核膜あるいは核膜孔複合体(nuclear pore complex)にも連動して影響が生じている可能性がある。 コウジカビA. nidulansは分裂期に核膜孔複合体の一部の成分が除去されることで核・細胞質間の隔たりが無効化されるsemi-open mitosisをおこなう[5]。また、S. pombe近縁種の分裂酵母S. japonicusでは、体細胞分裂時に核膜の一部が崩壊することが分かった（図参照）[6]。このように、酵母やカビに限っても核分裂には様々な様式があることが明らかになってきた。それぞれの様式にどのような利点があるのかは推測の域を出ないが、各生物の生態に密接に関連した様式の核分裂をおこなっているのかもしれない。 参考文献 |
| 酵母の中心体：スピンドル極体 |
|---|
| 【SPB: spindle pole body】 |
| 戸谷 美夏 |
| 理化学研究所 神戸研究所 発生・再生科学総合研究センター (CDB) |
| お問合せ |
| 酵母は、動物細胞における中心体に相当する細胞内小器官として、スピンドル極体 (SPBと呼ばれることが多い)をもつ。SPBは、直径約100nm程度の円盤が重なったような、中心体とは大きく異なる構造をもつが、中心体と同様に、細胞内で微小管形成中心(MTOC: microtubule organizing center)として働いている（図参照）。SPBと中心体には、微小管の形成起点となるγチューブリン複合体 (γ-tubulin complex) が局在する。それ以外にも、SPBと中心体を構成する因子には、互いに機能的な相同性をもつタンパク質が多く含まれる。 細胞分裂時には、 SPBは、 スピンドル微小管（高等生物の紡錘体:「酵母の紡錘体微小管」の項を参照）の形成起点として両極に存在し、微小管のマイナス端を繋ぎ止めて、精確な染色体の分配に貢献している。細胞分裂により母娘細胞に分配されたSPBは、１細胞周期に１回だけの複製を行って、細胞内での数を保っている。 酵母では、細胞分裂期にも核膜が消失しないため、SPBは、核膜に埋め込まれて、核内にスピンドル微小管を形成する（「酵母の核分裂」の項を参照）。 出芽酵母のSPBは、 複製されたばかりの新しいSPBが一過的に核膜の外に観察されるが、すぐに核膜に埋め込まれ、 その後は細胞周期を通して核膜に埋め込まれて存在する。分裂酵母のSPBは、分裂期にのみ核膜に埋め込まれて核内にスピンドル微小管を形成する。間期には、核膜に添うように細胞質側に存在し、細胞質微小管のMTOCのひとつとして働いている。 減数分裂では、染色体組換えの時期に、核内の微小管がSPBによってひとつに束ねられる。分裂酵母では、SPBが先頭になって核を引っ張りまわすように動き、相同染色体の効率的な組換えを可能にしている（「酵母の微小管」の項を参照）。 SPBと中心体は、MTOCとしての働きのほかにも、情報伝達分子の足場としての役割をもつ。分裂期に重要な複数のキナーゼが、 SPB・中心体に局在することが知られている。分裂酵母では隔壁形成を制御する分子群（SIN: septation initiation network)、出芽酵母では分裂期脱出を制御する分子群 (MEN: mitosis exit network)なども、SPBに局在する。複製されたSPBが等価ではない（成熟度の違いによってOldとNewの区別が生じる）ことを利用した、非対称や極性の制御に関わるしくみの存在が示唆される。細胞分裂に非対称性を与えることも、SPB・中心体の重要な役割であると考えられる。 参考文献 |
| 上皮細胞の細胞間接着構造形成 |
|---|
| 【Development of the epithelial cell-cell junctions and actin cytoskeleton】 |
| 鈴木 厚 |
| 横浜市立大学大学院医学研究科 |
| お問合せ |
| 上皮細胞はその特有の機能を果たす必要性から、細胞周囲を一周取り囲む連続的な接着構造を２種類---密着結合（tight junction）、および接着帯(adherens junction)---を発達させている。これらの接着構造の発達の素過程は、confluentな単層の培養上皮細胞を一部、針等でスクラッチし、その傷が埋まる過程(wound healing)をライブセルイメージングで観察する実験などを通じて研究されてきた。
これまでに、上皮細胞においても、線維芽細胞にも見られるような点状の接着構造(dot-like adherens junction)が最初に形成され、それが次第に融合し、最終的に２種に分化した連続的な接着構造に発達することが明らかとされている。ただ上皮細胞では、この初期接着構造にE-cadherinだけでなく、将来タイトジャンクションを構成するclaudin, occludin, JAMなどの膜タンパク質がすべてrecruitされてくるという特徴がある。 この発達過程においては、初期の点状接着構造から細胞内部に伸長するアクチン線維、および、上皮細胞特有にみられる周辺部(peripheral)の環状のアクトミオシン線維の求心性の収縮力が重要な役割を果たしていることが分かっている。さらに、Rho, Rac, alpha-caten、さらには極性制御因子であるPAR-aPKCシステムもこの過程の進行に必須な役割をしている。ただ、いかなる分子機構でこの過程が進行するのかという点については、まだ多くが不明である。 参考文献 |
| 上皮細胞 |
|---|
| 【Epithelial cells】 |
| 鈴木 厚 |
| 横浜市立大学大学院医学研究科 |
| お問合せ |
| 上皮細胞は多細胞生物の内的環境を外界から遮断する細胞層を形成する細胞である。体表面を覆う「表皮」、および臓器の管腔表面を構成する「粘膜」、血管等の内腔を覆う「内皮」などを構成する細胞の総称であり、成体の約50％の細胞に該当する。生体の内部環境を維持する上で重要な役割を果たすとともに、受精卵から多細胞生物が発生する際のダイナミックな形づくり（形態形成）の過程においても、重要な動的役割を果たす。 容易に類推できるように、上皮細胞が機能する上では、細胞間の接着が非常に重要である。その接着構造は、十分に機械的強度を有する細胞間接着を示す必要がある一方で、細胞間を通じた選択的な物質の透過性を示す必要もある。これらの要請を満たすために、「密着結合 tight junction」, 「接着帯 zonula adherens」, 「デスモゾーム desomosome」という（最初は電子顕微鏡によって形態学的に観察された）特有な接着構造を発達させている。特に、最初の2種の接着構造は細胞周囲を一周、連続してベルト様に形成されるのが大きな特徴である。そして、これらの構造が細胞内の細胞骨格系（特にアクチン骨格系、中間径線維系）と密接に結びついている（微小管との関連の解明は現在に至る研究課題である）。 上皮細胞が機能する上では、外界に接する細胞膜と内部環境に接する細胞膜の間で非対称性（上皮細胞極性）を発達させることも非常に重要であり、その発達機構は、上記細胞間接着構造とも非常に密接に関わっている。 上皮細胞の増殖と運動は細胞間の接着に大きく制御されており、接着の破綻（たとえばE-cadherinの発現低下）は上皮―間葉変換（epithelia-mesenchmal transition）に結びつき、発癌に結びつく大きな原因となる。実際に、ほとんどの癌は上皮性である。 上皮性（上皮極性）と幹細胞性との関係も、近年の研究において、大きく注目されている。 参考文献 |
| 有毛細胞と難聴 |
|---|
| 【Hair cell and deafness 】 |
| 北尻 真一郎 |
| 京都大学医学部附属病院耳鼻咽喉科 |
| お問合せ |
| 音などによる振動を電気信号に変換し、神経へ伝える細胞を有毛細胞という。哺乳類、両生類、鳥類、魚類といった脊椎動物全般に加えて、昆虫類にも存在する。以下は哺乳類の音受容に関して述べる。
音は空気の振動であり、これは耳の穴（外耳道）から入って鼓膜を振動させる。鼓膜の振動は耳小骨を経て、内耳へと伝えられる。内耳はリンパ液で満たされており、ここに有毛細胞が存在する。有毛細胞の表面（アピカル面）には不動毛と呼ばれる毛が生えており、音によりリンパ液が振動すると有毛細胞は脱分極する。これは一種のメカノトランスダクションである（本用語集を参照）。有毛細胞は聴神経とシナプスを形成しており、音刺激で生じた脱分極でのシグナルは脳へと伝えられて、音として認知される。 このいずれの箇所が障害されても難聴の原因となるが、音を感知する上での鍵となる構造は有毛細胞の不動毛と考えられている。不動毛を構成する細胞骨格はアクチン繊維の束であり、その意味で上皮細胞の微絨毛や培養細胞のフィロポディアと相同性が高い。不動毛には細胞質へ伸びる根が存在し、これもアクチン束で構成されている。この根が欠損すると不動毛の剛性が下がり、軽い振動刺激でも大きく揺れて変性してしまう。不動毛は音を感知するために揺れ動かなければならないが、根はその機械的ストレスから不動毛や有毛細胞を守っていると考えられる。 この根の知見はTRIOBP（本用語集「TRIOBP」の稿を参照）の解析から得られたものであるが、その端緒はヒト遺伝性難聴家系からTRIOBP遺伝子変異が同定されたことによる。有毛細胞で機能しているミオシン、カドヘリン、プロトカドヘリンなどの分子の大多数は、同様にヒト難聴者のゲノム解析で見出されてきた。聴覚には各分子の厳密な制御が必要なため、他の臓器では異常をきたさないような変異でも難聴をきたすことや、難聴は致死的疾患ではないため、ヒト難聴家系が多く存在するのである。 音という物理的振動を、周波数（音の高さ）や振幅（音の強さ）情報を含めて、しかもミリ秒単位での時間的変化に対応して感知するためには、有毛細胞の形態および神経など周囲の細胞との連携が厳密に制御される必要がある。有毛細胞は上皮細胞としての性格を有し、細胞間接着が非常に発達しているとともに、不動毛の形態は平面内細胞極性（planar cell polarity）を顕著に示す。同時にシナプスを有し、神経系のモデルともなる。有毛細胞で発現している分子の多くは内耳以外にも発現しており、有毛細胞は幅広い生命現象のモデルとして活用できる。 参考文献Frolenkov GI, Belyantseva IA, Friedman TB, Griffith AJ. (2004) Nat Rev Genet 5:489-498.
Kitajiri S, Sakamoto T, Belyantseva IA, Goodyear RJ, Stepanyan R, Fujiwara I, Bird JE, Riazuddin S, Riazuddin S, Ahmed ZM, Hinshaw JE, Sellers J, Bartles JR, Hammer JA 3rd, Richardson GP, Griffith AJ, Frolenkov GI, Friedman TB. (2010) Cell 141:786-798. |
