言葉の説明
内胞体
内胞体（endoplasmic reticulum、ER）は、細胞内に存在する膜構造の一部で、細胞の基本的な機能を担当しています。細胞核の周囲を囲むように広がっており、その構造は広範で複雑なネットワークを形成しています。内胞体には大きく分けて二つのタイプ、すなわち粗面内胞体と滑面内胞体があります。
粗面内胞体（Rough Endoplasmic Reticulum、RER）は、リボソームというタンパク質を合成する構造体が表面に密着しているため、粗い外観を持つことからその名前がついています。RERの主な機能は、新しく合成されたタンパク質を折りたたみ、修飾し、それらを細胞内の適切な場所に送ることです。
一方、滑面内胞体（Smooth Endoplasmic Reticulum、SER）はリボソームを持たず、滑らかな外観を持っています。SERの主な機能は脂質とステロイドの合成、糖質の代謝、及び毒素の解毒です。
内胞体は、タンパク質の合成と脂質代謝において中心的な役割を果たし、これらの過程を通じて細胞の生命維持に寄与しています。また、内胞体は細胞ストレス応答の一部としても機能し、タンパク質が正しく折りたたまれないときには、その異常を検出し、修正するメカニズムを持っています。このような内胞体からのストレス応答は、細胞の生存と死のバランスを維持する重要な役割を果たします。
リボソーム
リボソームは、生物の細胞内に存在する微小な機構で、タンパク質の生産、すなわちタンパク質の合成（翻訳）を行う役割を果たしています。これは、遺伝子の情報がDNAからRNAへと転写され、そのRNAがリボソームで読み取られてタンパク質へと翻訳される、という生物の基本的な遺伝情報の表現の過程で重要な役割を果たします。
リボソームは、リボソームRNA（rRNA）とリボソームタンパク質から成る二つのサブユニット、大サブユニットと小サブユニットで構成されています。この二つのサブユニットが結合することで、リボソームは機能を果たします。
リボソームがタンパク質の合成を行う過程は以下のようになります：
- メッセンジャーRNA（mRNA）がリボソームの小サブユニットに結合します。
- mRNA上の特定の配列（スタートコドン）を認識した後、大サブユニットが結合し、完全なリボソームが形成されます。
- リボソームはmRNAを読み進めながら、それぞれのコドン（mRNA上の3つのヌクレオチド）を対応するアミノ酸に翻訳します。この翻訳作業は、転移RNA（tRNA）という特殊なRNA分子が担当します。
- 翻訳が終了すると、新たに合成されたタンパク質はリボソームから放出され、その後の生物学的機能を果たします。
リボソームは細胞内のさまざまな場所に存在し、細胞質中に自由に浮遊しているものや、粗面内胞体やミトコンドリアの表面に結合しているものなどがあります。その位置は、リボソームが合成するタンパク質の種類やその後の運命によって異なります。
ゴルジ体
ゴルジ体（Golgi apparatus）は、細胞内の膜構造の一部で、新しく合成されたタンパク質や脂質の修飾、ソーティング（分類）、パッケージングを行う主要な場所です。この構造体は、カミロ・ゴルジというイタリアの科学者の名前から名付けられました。
ゴルジ体は、一連の平らで袋状の構造体（ゴルジ小胞）から成り、これらが積み重なって全体としてゴルジ体を形成します。ゴルジ体には、cis側（形成面）とtrans側（成熟面）の2つの主要な面があります。cis側は、内胞体に近い側で、新しく合成されたタンパク質や脂質が内胞体からゴルジ体へと送られる入口となっています。trans側は、ゴルジ体から細胞の他の部分へと物質が送られる出口となっています。
ゴルジ体で行われる主な作業は以下の通りです：
- 修飾：タンパク質や脂質がゴルジ体を通過する際に、さまざまな化学的修飾（例えば、糖鎖の追加や修正）が行われます。これにより、タンパク質や脂質の機能が調節されます。
- ソーティング：修飾されたタンパク質や脂質は、その後どこへ送られるべきかを決定する過程を経ます。これらの分子は、細胞内の他の部分（例えば、リソソームやミトコンドリア）、細胞表面、または細胞外へと送られます。
- パッケージング：送り出すべきタンパク質や脂質は、小胞と呼ばれる膜で包まれ、これがタンパク質や脂質の輸送手段となります。
以上のような機能を通じて、ゴルジ体は細胞のタンパク質トラフィックを制御し、細胞の機能を維持する重要な役割を果たしています。
内胞体とゴルジ体におけるEVｓの生成
エクソソーム、または細胞外小胞は、細胞内の情報を運ぶ小さな泡状の構造体で、生体内の多くの重要な機能を果たします。これらは細胞間通信を助け、生物の成長、発達、免疫応答、疾患の進行などを調節します。以下では、エクソソームの生成に関与する二つの主要な細胞構造、すなわち内胞体とゴルジ体について詳しく解説します。
まず、エクソソームの生成は、内胞体とゴルジ体を含む細胞内部の複雑な経路によって行われます。内胞体は、細胞内で新しく作られたタンパク質を折りたたみ、修飾し、適切な場所へ送る役割を果たします。特に、内胞体からのタンパク質は、ゴルジ体に送られ、そこでさらに修飾されます。ゴルジ体は、細胞内でタンパク質が最終的に修飾され、細胞内または細胞外へ送られる場所として機能します。
エクソソームの生成は、内胞体から始まります。内胞体から分泌されたタンパク質やリポ蛋白は、内胞体から出てゴルジ体へと移動します。この過程で、これらのタンパク質やリポ蛋白は、エンドソームと呼ばれる細胞内の小胞体に取り込まれます。エンドソームは、物質を細胞内の他の部位へ運ぶ役割を果たします。
エンドソームが成熟すると、多胞体エンドソーム（MVB）と呼ばれる構造体になります。MVB内には多数の内部小胞体、すなわちエクソソームの前駆体が形成されます。これらの前駆体は、タンパク質、リポ蛋白、RNAなど、細胞から外部へ運ぶための様々な物質を含んでいます。
MVBはその後、ゴルジ体に送られます。ゴルジ体では、MVBからのエクソソームの前駆体は、さらなる修飾を受け、最終的にエクソソームとして成熟します。ゴルジ体では、エクソソームの形と機能に影響を与える重要な修飾が行われます。これには、糖鎖の追加やリン酸化といったタンパク質の修飾が含まれます。
エクソソームがゴルジ体で成熟すると、細胞膜に向かって移動し、細胞膜と融合します。これにより、エクソソームは細胞外に放出されます。この過程は、エクソサイトーシスと呼ばれ、細胞が情報を外部の環境と共有する主要な手段となります。
エクソソームの生成と放出は、細胞がその環境と相互作用するための重要なメカニズムであると同時に、病気の診断や治療における新しい可能性を開く可能性があります。例えば、エクソソームは、がん細胞が成長と拡散を助ける信号を運ぶために使用することが知られています。したがって、エクソソームの生成と機能を理解することで、これらの病状をよりよく理解し、効果的に治療する方法を見つけることができるでしょう。
内胞体とゴルジ体の役割を理解することは、エクソソームの生成と機能を理解するために不可欠です。これらの構造体は、エクソソームが適切に形成され、修飾され、そして放出されることを確実にするための基本的な機構を提供します。そのため、エクソソームの研究は、これらの細胞構造体とそれらが果たす役割に焦点を当てることが必要です。
以上のように、エクソソームの生成は、内胞体とゴルジ体を経由する複雑なプロセスを伴います。これらの細胞構造体は、タンパク質の折りたたみ、修飾、運搬といった一連の過程を通じて、エクソソームの形成と放出を助けます。エクソソームの研究はまだ発展途上であり、これらの微小な泡状の構造体がどのようにして生物の生命活動に影響を与え、病気の発生と進行にどのように関与するのかを解明するための新たな道筋を開いています。
エクソソームの内部には、情報伝達物質が含まれています。これには、RNA、DNA、タンパク質などがあります。これらの分子は細胞間通信に使われ、細胞の振る舞いや機能を調節する役割を果たします。また、エクソソームは、外部環境から細胞への情報伝達にも関与していると考えられています。
エクソソーム内にいつmicroRNAは取り込まれるのか？
エクソソーム内に含まれるmicroRNA (miRNA)は、細胞内でエクソソームの生成過程の早い段階で取り込まれます。具体的には、エクソソームの前駆体となるエンドソームが形成される過程で、細胞質中のmiRNAがエンドソーム内に取り込まれます。
細胞質中のmiRNAがエンドソーム内に取り込まれる具体的なメカニズムは、まだ完全には解明されていません。しかし、複数の研究から、一部の可能性が示唆されています。
- RNA結合タンパク質（RBPs）：特定のRNA結合タンパク質がmiRNAと結合し、エンドソームに取り込む可能性があります。これらのタンパク質は、miRNAと結合し、エンドソームへの取り込みを助ける役割を果たします。
- ヒトタンパク質AGO2：ヒトのタンパク質であるAGO2は、miRNAをエンドソームへと取り込む役割を果たすと考えられています。AGO2はmiRNAと結合し、エンドソームへの取り込みを助ける可能性があります。
- ESCRT（Endosomal Sorting Complex Required for Transport）複合体：この複合体は、エンドソームの成熟とエクソソームの形成に関与しています。これがmiRNAのエンドソームへの取り込みにどのように関与するかはまだはっきりしていませんが、一部の研究で関連が示唆されています。
これらのメカニズムはいずれも、細胞内のmiRNAがエンドソームへ取り込まれるための可能性を示していますが、詳細な過程やそれぞれの役割はまだ解明されていない部分が多いです。エクソソームとmiRNAの関連性についての研究は現在も進行中で、今後さらに詳細なメカニズムが明らかになると期待されています。
2022年に面白い論文が報告されています。近日中に、その内容をまとめてみたいと思います。
エンドソーム内に取り込まれたmiRNAは、エンドソームが成熟して多胞体エンドソーム（MVB）に変化する過程で、MVB内部の小胞（イントラルーメナルベシクル）に封入されます。これらの小胞が最終的にエクソソームとなり、細胞外に放出される際に、miRNAも一緒に放出されます。
なお、どのmiRNAがエクソソームに取り込まれるかはランダムではなく、特定のmiRNAが選択的にエクソソームに取り込まれることが知られています。この選択性のメカニズムについては完全には解明されていませんが、いくつかの因子（例えば、特定のRNA結合タンパク質）が関与していると考えられています。
したがって、miRNAはエンドソームの形成段階でエクソソームに取り込まれ、その後のエクソソームの成熟と放出過程を通じて、エクソソーム内に閉じ込められて細胞外に運ばれます。
エクソソーム産生に関するメカニズムは、エクソソームの治療応用を達成するためには、深く理解シておく必要があります。しかし、未だ不明な点も多いため、さらなる研究が求められています。この分野に関しては、常にキャッチアップしておこうかと思います。
