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細胞の情報伝達






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細胞の情報伝達
細胞情報伝達系
(第1次情報伝達物質)
  • 細胞外情報伝達物質の多くは以下のような少数の例外を除いて、細胞膜の表面に存在する各情報伝達物質に特異的な受容体 に結合することによって、その情報を細胞内に伝える。
  1. 神経系・・・・・神経伝達物質
  2. 内分泌系・・・ホルモン
  3. 免疫系・・・・・インターロイキン(IL)




細胞情報伝達系
(第2次情報伝達物質)
  • Gタンパク質共役系
  • ロシンキナーゼ系
  • グアニレートシクラーゼ系







臓器の間をつなぐ情報伝達経路
  • 2011年秋に東京大学で開いたシンポジュウム「多臓器円環ダイナミクス」で、
    1. 東北大学の片桐秀樹教授は肝臓と体内の脂肪組織を結ぶ神経回路について紹介した。
    2. 膵臓でインスリンを分泌するランゲルハンス島細胞と肝臓をつなぐ情報回路が見つかった。
    3. マウスの脳の運動野と腎臓を結ぶルートが見つかっている









ガス性情報伝達物質
  1. 一酸化窒素
  2. 一酸化炭素
  3. 硫化水素
    • 2011年、東京大学の長野哲雄教授らは、細胞内でつくられる極微量の硫化水素を蛍光物質で検出する技術を開発した。
      細胞内の硫化水素と似た物質(グルタチオン)と区別できるようにした。
      致死性ガスとして有名な硫化水素には、体内の血圧抑制や抗炎症など有用な生理作用があることが知られている。
      長野教授らが開発したのは、硫化水素と反応すると光る「HSiP-1」と呼ばれる蛍光物質。物質内に含まれる銅イオンが硫化水素を反応すると、蛍光物質は銅イオンを放出して緑色に光る。
      ただ、細胞内には硫化水素と同じ水素と硫黄を含んだ物質「グルタチオン」が存在する。2つの物質を見分けるために硫化水素とグルタチオンの分子量の違いに着目。銅イオンを囲む構造を複雑にすることで、分子量の小さい硫化水素は蛍光物質の銅イオンの近くまで進入できるが、分子量の大きいグルタチオンは進入できない。
      硫化水素は1989年〜90年にかけてラットや人間で存在することが報告され、血管の拡張や抗炎症作用と関係していることが分かってきた。
      体内でガスとして存在し、一酸化窒素、一酸化炭素に次ぐ「第3のガス性情報伝達物質」として注目を集める。だが、細胞内でも生成から生理作用に至るまでの仕組みは、細胞内での具体的な濃度などは不明のまま。






死んだ細胞が出す物質が周囲に命令
インターロイキン11
  • 2012年、順天堂大学の中野祐康准教授は、死んだ細胞が放出する物質が周辺の細胞に増殖の指令を送っていることを突き止めた。
    この物質に異常が生じると、細胞増殖が正常な範囲を超えて、ガンになるという。
  • 成果は米科学誌サイエンス・シグナリング(電子版)に掲載。
    細胞は死ぬとまず活性酸素を放出する。
    • この活性酸素の蓄積量が上がってくると、
    • 死んだ細胞は次に「インターロイキン-11」(IL11)と呼ぶ物質を放出する。
    • これが周辺細胞の増殖に関与していることを見つけた。
  • IL11の働きに異常が生じると、細胞が過剰に増殖し、ガンを引き起こす。
    • 抗ガン剤や放射線で治療すると細胞が死に、死んだ細胞が周辺に増殖を働きかけるのでイタチごっとになりかねない。
    • IL11の働きを弱めることで、抗ガン剤の効果を高められるかも。
  • 中野准教授によると、IL11の働きの調整でほかの病気の改善も見込めるという。
    肝炎を起こしたマウスでは、IL11が肝細胞の増殖を誘導し、肝障害の軽減に働いていることを実験で確認した。
    死んだ細胞が周辺細胞の増殖を誘導することは「
    代償性増殖」として知られている。だが、そのカギとなる物質は不明だった。









2009年、生きた細胞内の温度を詳しく計測する技術を内山聖一・東京大学助教らが開発した。
測定に使う材料はゼリー状の微粒子で、大きさは50マイクロb。温度が上がると膨らみ、紫外光を当てると蛍光を放つ。この微粒子をほ乳類の細胞の集まりに入れ、培養液の中で28℃から33℃に温度を上げたところ、蛍光温度を上げたところ、蛍光強度が変わり、0.5℃上がり刻みで温度が把握できた。材料は体に無害だという。
これまで生きた細胞内の物質を調べる技術はあったが、温度を測る技術はなかった。
ガン細胞の温度は周辺より高温になる。

2012年、東京大学と奈良先端科学技術大学院大学のチームは、生きた細胞の温度分布を視覚化して観察できる試薬を開発した。
温度に応じて光を発する時間が変わる化合物を使い、0.18℃の温度差を検出する。
成果はネイチャー・コミュニケーションズ(電子版)に掲載。
ヒトの培養細胞にこの試薬を注入して観察すると、
  1. 細胞内でエネルギーを作る「ミトコンドリア」、
  2. 細胞分裂に関わる「中心体」、
  3. 細胞核の近辺
が温度が高いことが分かった。



細胞内物質を分子レベルで動きを再現
2010年、理化学研究所はオランダの原子分子物理研究所と共同で、細胞内の物質の動きを分子レベルで再現するシミュレーションソフトを開発した。
独自開発の計算手法を使い、計算時間を約1/10万に短縮し、短時間で細胞内の複数の分子の動きを再現できる。
2012年完成予定の次世代スーパーコンピューターを使えば、細胞の状態をそのまま再現できる。
開発したソフトはHPで無償公開


2010年、京都大学の岩田想教授、島村達郎客員研究員ら日英共同チームは、細胞膜にある『輸送体』というタンパク質が、物質を細胞以内に運び入れる詳しい仕組みを解明した。
成果はサイエンスに掲載
最近の細胞膜にある『ヒダントイン輸送体』の立体構造をX線で解析した。
この輸送体は膜の内と外のナトリウムイオンの濃度差を利用し、アミノ酸のもととなる物質を運ぶ。人の細胞膜にも類似の輸送体が存在しており、同じ輸送メカニズムがあると考えられている。
研究チームは、アミノ酸ももとなる物質を取り込んだ後、内側に口を開けた「内向き構造」になった輸送体の構造を解明した。らせん状のペプチド(タンパク質断片)でできた12本の筒が輸送体を形成しており、筒は井桁状と束状、ゲート状などの大別できた。
輸送体は口を外側に開けてアミノ酸のもととなる物質を取り込むと口を閉じ、井桁状の筒が大きく開いて内向き構造に形を変えていた。
結晶構造をもとにコンピューターによるシミュレーションも実施し、細胞外から物質を受取物質を運び終えるまでの輸送体の一連の構造変化の流れも分かったという。




の観察方法
2010年10月、京都大学の楠見明弘教授や鈴木健一特任講師らは、研究現場でよく利用されている細胞表面の観察方法を使うと、実際には起きていない現象も誤って認識してしまう可能性があるとする研究結果をまとめ、米科学誌ネイチャー・メソッズ(電子版)に掲載。
ウイルスの増殖やアルツハイマー病などの研究成果を見直す必要があるという。
  • 細胞表面の現象を調べるには、薬品を加えて細胞の分子が動かないように固定してから、目的のタンパク質にだけ結合する交代を加えて動きを追跡する。
研究チームは生物の研究で一般的な生体分子の固定方法の効果を調べた。
細胞の様々な分子に蛍光分子をつけて顕微鏡で観察したところ、既存の方法では脂質分子などをほとんど固定できないことが分かった。
固定が不十分だと細胞表面に無いはずの数十〜200ナノbの分子のかたまりを誤って観察してしまい、生体分子の相互作用を誤解する可能性があるという。
楠見教授は「引用回数の多い論文にも間違いがある。再検討しなければいけない」と話す。





タンパク質が核内に入る仕組み
  • 2014年、京都大学の吉村成弘准教授らは様々なタンパク質が受難に変形し、細胞核の中に入っていく仕組みを解明した。
  • 細胞核の内外を仕切る膜の上にある穴の通りやすさが異なっていた。
  • 穴を通りやすいタンパク質はバネ状の構造を持ち、柔軟に形を変えて通り抜けていた。
  • このようなタンパク質は数百〜数千種類有るという。





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