クエリ: 大隅良典が分子レベルで解明した、細胞自身が不要なたんぱく質を分解する、「自食作用」ともいう生物の仕組みとは何?
文章: オートファジー オートファジーが起きると、細胞内に常に存在しているタンパク質(ハウスキーピングタンパク質)の一部が分解されて、ペプチドやアミノ酸が生成され、それが細胞の生命活動にとって、より重要性の高いタンパク質を合成する材料に充てられると考えられている。この機構は動物の個体レベルにおいても観察され、例えばマウスを一晩絶食させることで、肝細胞でオートファジーが起きることが知られている。哺乳類の出生時、出産によって胎盤を介しての栄養の供給がなくなると、胎児は母乳から栄養を摂るまで一時的な栄養飢餓となる。この時オートファジーによってアミノ酸を生成することで、栄養飢餓を凌いでいる。オートファジーによる栄養飢餓の回避はあくまで一時的なものであり、飢餓状態が長く続いた場合には対処することができない。
文章: 生化学 DNAのように細胞破砕後に、エタノール沈澱するだけで捕集できるものもあるが多くの場合、細胞破砕後に密度勾配法による遠心分離で目的の細胞内器官を密度により選択し捕集する。溶液には塩化セシウムなどが用いられる。この状態では多くの場合、酵素や受容体は細胞膜に取り込まれていたり、膜の二重層に埋め込まれているので、界面活性剤を使って脂質膜と分離〈可溶化〉する必要がある。目的の生体高分子の精製は古くは半透膜による透析が行われたが、20世紀後半からはゲル濾過クロマトグラフィーやアフィニティークロマトグラフィーにより目的物を精製することが可能になった。代謝による生体内物質の移動や変化の追跡にはトレーサー物質が利用される。古くから放射性あるいは非放射性同位体を組み込んだ生体内物質が広く利用された。 文章: 異化 (生物学) 異化とは、異化作用(いかさよう)とも呼ばれ、分子をより小さな構成部分に分解し、酸化してエネルギーを放出したり、他の同化反応で利用する一連の代謝過程のことである。異化作用は、多糖、脂質、核酸、タンパク質等の大きな分子が、それぞれ単糖、脂肪酸、ヌクレオチド、アミノ酸等の小さな部分に分解する。異化作用(異化とも呼ぶ)は代謝における分解の側面で、これに対して同化作用は構築の側面である。 文章: 誘導 生物の、特に動物の発生は、細胞分裂による細胞の増殖と共に、それぞれの細胞が特定の組織や器官に分化していく過程である。このとき、細胞自身は自律的に分化する能力も持っているが、他の細胞や組織からある種の作用を受けることで異なった方向へ分化を始める例が知られる。このような細胞間の相互作用を誘導と呼ぶ。 この現象ははじめにシュペーマンによって発見された。彼はイモリの原口背唇部が発生の際に特別な振る舞いをすることに注目し、その部位を別の胚に移植することで、本来の頭部以外に新たに一つの頭部(二次胚)を持つ胚を作らせた。これによってこの部位が周囲に働きかけて頭部を構成する諸器官を作らせるものとして、その働きを誘導と呼んだ。それから同様の現象は他の部位でも見られることを示し、誘導が発生の様々な段階に見られること、その連鎖的な反応で胚の形が作り上げられることを示した。なお、原口背唇部自体も誘導の結果によって作られることは、後に示されている。 誘導の機構や原因物質の解明は、その当時は明確にすることが出来ず、これは後に分子遺伝学等の発展により、研究が進み始めた。特にニューコープによって発見された中胚葉誘導は、その解明が進む契機となった。だが、詳細については未だに不明の部分が大きい。 文章: 大隅基礎科学創成財団 世界に先駆けて生物学及びその周辺の新分野を拓き得る先見性・独創性に優れた研究を助成するとともに、先端的研究者、市民、企業人の有機的つながりを構築し、日本社会の科学基盤の発展に寄与することを目的として2016年のノーベル生理学・医学賞を受賞した大隅良典が設立した財団法人。2019年からは、一般の人にも基礎科学研究に関心を持ってもらうことを目的に、年1~2回のペースで市民講座を開催している。 文章: アポトーシス シドニー・ブレナー、ロバート・ホロビッツ、ジョン・サルストンはこの業績により2002年のノーベル生理学・医学賞を受賞した。 アポトーシスを開始させる細胞内のシグナル伝達経路は主にこの線虫の遺伝学的研究から明らかになった。その後線虫や昆虫から哺乳類まで多細胞動物のアポトーシス経路には共通点が多いことが明らかとなった。これは非常に複雑に調節されるネットワークであるが、カスパーゼと総称される一連のプロテアーゼが中心的な働きをし、下流のカスパーゼを順に切断・活性化していくこと、また「アポトーシスの司令塔」であるミトコンドリアも重要な働きをなすことが特徴である。おおよそ次のようにまとめられる。 カスパーゼ-3がその他のタンパク質を分解するなどしてアポトーシスを決行させる。現在普通にはこのような経路による細胞死を特にアポトーシスと呼んでいるが、植物などで異なるメカニズムによる細胞死をアポトーシスと呼ぶこともある(これらについてはプログラム細胞死を参照)。 文章: ヒドロキシクロロキン 抗マラリア薬は一般に親油性弱塩基であり、マラリア原虫の原形質膜を容易に通過する。非イオン型塩基はリソソーム(酸性の細胞内小胞)に集積し、そこでプロトンを付加されて 外部に拡散できなくなり、最終的に培地の1,000倍の濃度に達する。そのため、リソソームのpHは4から6に上昇する。pHが変化するとリソソームの酸性プロテアーゼが不活性となり、蛋白質分解機能が低下する。リソソーム内のpHが高いと多くの免疫学的・非免疫学的細胞内プロセシング、糖鎖付加、蛋白質分泌が低下する。これらの変化が免疫細胞の走化性や食作用の低下、好中球のスーパーオキシド産生減少をもたらすと思われる。HCQは2価の弱塩基で、脂質膜を通過し、酸性の細胞質顆粒に優先的に濃縮される。マクロファージや他の抗原提示細胞内の小胞のpHが上昇すると、抗原ペプチド認識および/またはその後の過程での(あらゆる)自己抗原とクラスII MHC分子との結合、ならびに、細胞膜へのペプチド-MHC複合体の輸送が制限される。近年、HCQがTLR9ファミリー受容体の刺激を阻害するという新たな作用機序が報告された。TLRは自然免疫系を活性化して炎症を誘導する微生物生産物の細胞受容体である。 他のキノリン系抗マラリア薬と同様、HCQの作用は完全には解明されていない。一般的に受け入れられているものは、細胞毒性を有するヘムの凝集を促進する役割を持つヘモゾインの生体内結晶生成(英語版)の阻害であるとする説である。遊離ヘムが寄生虫の体内に蓄積し、死亡させるとされる。 文章: 仮足 神経軸索や樹状突起の先端にある成長円錐からも、膜状仮足(または葉状仮足、ラメリポディア、lamellipodium)や糸状仮足が出て軸索伸長に関わっていると考えられている。ガン細胞の浸潤も膜状仮足の働きによることが知られている。また仮足によって固形物を包みこんで細胞内に取り入れる現象を食作用といい、様々な原生生物で見られるほか、多細胞生物でもマクロファージのような細胞が食作用を行う。 文章: 代謝 すべての生物は、食物として利用できない化合物や、代謝機能を持たないために細胞内に蓄積されると有害となる化合物に常にさらされている。これらの有害となりうる化合物は、生体異物(ゼノバイオティクス)と呼ばれる。合成薬、自然毒、抗生物質などの生体異物は、一連の生体異物代謝酵素によって解毒される。ヒトでは、シトクロムP450オキシダーゼ(酸化酵素)、UDP-グルクロン酸転移酵素、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(転移酵素)がこれに該当する。この酵素のシステムは3段階で作用し、まず生体異物を酸化し(第1段階)、次に分子上に水溶性基を結合させる(第2段階)。最後に、水溶性に変化した生体異物は細胞外に排出され、多細胞生物ではさらに代謝されてから排出されることもある(第3段階)。生態系では、これらの反応は、汚染物質の微生物による生分解や、汚染土壌や流出油のバイオレメディエーション(生物学的環境修復)において特に重要である。これらの微生物反応の多くは多細胞生物と共通であるが、微生物の種類は驚くほど多様であるため、多細胞生物よりもはるかに幅広い種類の生体異物に対処し、有機塩素化合物などの残留性有機汚染物質も分解することが可能である。 好気性生物に密接に関連する問題として、酸化ストレスが知られている。これは、酸化的リン酸化やタンパク質フォールディング時のジスルフィド結合形成などの過程で、過酸化水素などの活性酸素種が作られることで起こる。これらの有害な酸化物質は、グルタチオンなどの抗酸化代謝物や、カタラーゼ、ペルオキシダーゼなどの酵素によって除去される。 文章: 自己融解 自己融解(じこゆうかい、英: autolysis)は、個体の死亡後にその組織や細胞が自身の酵素によりタンパク質、脂質、糖質などが分解され軟らかくなる現象。胃腸粘膜が胃液や消化酵素により消化されることを特に自己消化と呼ぶ。自己融解は消化管、膵臓、脾臓、肝臓、胆嚢、副腎髄質において起こりやすい。自己融解が開始した組織ではその構造は不明瞭となり消失に向かう。標本作成における固定は自己融解や腐敗を抑えることを目的とする。 文章: 食作用 食作用は、自然免疫防御の主要な機構の一つである。これは、感染に応答する最初のプロセスの1つであり、適応免疫応答の開始ブランチの1つでもある。ほとんどの細胞は食作用を行うことができ、一部の細胞は主な機能の一部として食作用を実行する。これらは「プロフェッショナルの食細胞」(professional phagocytes)と呼ばれている。食作用は進化という観点から見ると古く、無脊椎動物にも存在している。 好中球、マクロファージ、単球、樹状細胞、破骨細胞、および好酸球は、プロフェッショナルの食細胞として分類される。最初の3つは、ほとんどの感染症に対する免疫応答に最も大きな役割を果たす。 好中球の役割は、血流をパトロールし、感染の場合にのみ大変な数で組織に急速に移動することである。そこでは食作用による直接的な殺傷効果がある。摂取後の好中球は、病原体を細胞内で効率的に殺滅する。好中球は、主にFcγ受容体と補体受容体1および3を介して貪食する。好中球の殺滅効果は、あらかじめ形成された顆粒に存在する分子のたくさんのレパートリーによるものである。この顆粒に用意されている酵素や他の分子は、コラゲナーゼ(英語版)、ゼラチナーゼ、またはセリンプロテアーゼなどのプロテアーゼ、ミエロペルオキシダーゼ、ラクトフェリン、および抗生物質タンパク質である。これらのファゴソームへの脱顆粒は、高い活性酸素種の産生(呼吸性バースト(英語版))を伴い、非常に高い殺菌力がある。 文章: ファゴソーム ファゴソームは細菌やアポトーシスを起こした細胞、老化細胞を分解するのに十分な大きさがあり、多くの場合その直径は0.5 μm以上である。このことは、ファゴソームはナノメートルオーダーであるエンドソームよりも桁違いに大きいことを意味する。 ファゴソームは病原体またはオプソニンが膜貫通受容体に結合した際に形成される。膜貫通受容体は食細胞の表面にランダムに分布している。結合に伴って、"outside-in"シグナルがアクチンの重合と仮足の形成を開始し、微生物を取り囲んで融合する。プロテインキナーゼC(英語版)、PI3キナーゼ(PI3K)、ホスホリパーゼC(PLC)は、すべてシグナル伝達と粒子のインターナリゼーションの制御に必要である。病原体が取り囲まれると、ジッパー様の機構でより多くの細胞表面受容体が粒子に結合できるようになり、結合のアビディティ(英語版)が増大する。Fc受容体(FcR)、補体受容体(英語版)(CR)、マンノース受容体(英語版)、Dectin-1(英語版)は食作用受容体であり、これらは線維芽細胞などの非食作用性細胞で発現された場合には食作用を誘導する。Toll様受容体など他のタンパク質も病原体のパターン認識に関与しており、しばしばファゴソームにリクルートされるが、これらは非食作用性細胞で食作用を開始することはないため、食作用受容体とはみなされていない。 オプソニンは抗体や補体など、病原体に結合して食作用をアップレギュレーションする分子タグである。免疫グロブリンG(IgG)は血清中の抗体の主要なタイプである。IgGは獲得免疫系の一部をなすが、病原体に対する食作用のためにマクロファージをリクルートすることで自然免疫系と関連づける。抗体はFab(英語版)領域で微生物に結合し、Fc領域でFcRに結合して食作用を誘導する。 文章: 石野良純 石野 良純は、日本の分子生物学者、薬学博士。九州大学名誉教授。1987年(昭和62年)の論文でDNAの奇妙な繰り返し配列「CRISPR(クリスパー)」について言及。この研究に世界の研究者が注目した結果、クリスパーが免疫機能と結びついていることが2000年代に判明。この仕組みが遺伝子を切断する技術に応用され、遺伝情報を改変できるゲノム編集技術「CRISPR-Cas9(キャスナイン)」に発展。石野は「ミスタークリスパー」と呼ばれるようになり、CRISPR-Cas9を2012年に開発・発表したジェニファー・ダウドナとエマニュエル・シャルパンティエの2人は、2020年(令和2年)10月7日にノーベル賞(ノーベル化学賞)を受賞した。 文章: 独立栄養生物 独立栄養生物(どくりつえいようせいぶつ、英:Autotroph、オートトロフ)は、炭素を含む単純な無機化合物(二酸化炭素、重炭酸塩など)のみを炭素源として、複雑な有機化合物(炭水化物、脂肪、タンパク質など)を生成して生育する生物群のことである。例えば、二酸化炭素を還元して、生合成経路を経て様々な有機化合物を作る生物群などである。独立栄養生物(Autotroph)という用語は、ギリシャ語で栄養や食物を意味するτροφ (troph)をもとに、1892年にドイツの植物学者アルバートベルンハルトフランクによって作られた。 文章: 解糖系 解糖系(英: Glycolysis)とは、生体内に存在する生化学反応経路の名称であり、グルコースをピルビン酸などの有機酸に分解(異化)し、グルコースに含まれる高い結合エネルギーを生物が使いやすい形に変換していくための代謝過程である。ほとんど全ての生物が解糖系を持っており、もっとも原始的な代謝系とされている。嫌気状態(けんきじょうたい、無酸素状態のこと)でも起こりうる代謝系の代表的なものである一方で、得られる還元力やピルビン酸が電子伝達系やクエン酸回路に受け渡されることで好気呼吸の一部としても機能する。 文章: 澤本和延 澤本らは、成体の脳に存在する幹細胞による神経細胞の産生機構を明らかにし、発生・再生医学へ貢献することを目指した研究を推進している。これまでに、エネルギー代謝特性に大きな変動が生じると考えられる低酸素状態における幹細胞・前駆細胞の動態をin vivoで解析するため、長期間生存可能なマウスの中大脳動脈閉塞モデルとcre-loxPシステムを用いた神経細胞標識法を開発し、脳室壁付近の「脳室下帯」に存在する神経幹細胞が虚血刺激によって活性化し、新生ニューロンが梗塞部位へ移動することを示した。グローバルCOEプログラムにおいては、このin vivo解析システムと様々なin vitro培養系を併用して、低酸素状態における神経幹細胞およびそこから生まれる神経細胞の動態を詳細に解析する。