エキソサイトーシス：プロセス、種類、機能、例 - 生物学 - 2024

エキソサイトーシスは、物質が細胞膜を通って細胞質の外に排出されるプロセスです。それは、細胞膜と融合し、それらの内容物を外部環境に放出するエキソソームと呼ばれる、細胞内にある小胞を通して発生します。逆のプロセスはエンドサイトーシスと呼ばれます。

エンドサイトーシスのように、それは真核細胞に特有のプロセスです。エンドサイトーシスとエキソサイトーシスの機能は、細胞膜がそれを特徴付けるサイズと組成を維持するために、動的かつ正確なバランスにある必要があります。

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細胞内で最初にエキソサイトーシスが発生し、消化装置で消化されない物質やエンドサイトーシスプロセス中に流入した物質を排除します。さらに、それは異なる細胞レベルでのホルモンの放出に使用されるメカニズムです。

エキソサイトーシスは、細胞への出入りのプロセスのカップリングを含む、細胞バリアを越えて物質を輸送することもできます。

物質は、ピノサイトーシスのプロセスを介して血管壁の片側から捕捉され、細胞を介して動員され、エキソサイトーシスを介して反対側に放出されます。

エキソソームとは何ですか？

エキソソームは、ほとんどの細胞型から分泌されるさまざまな起源の小さな膜小胞であり、細胞間コミュニケーションで重要な役割を果たすと考えられています。エキソソームは最近になって記述されたばかりですが、これらの小胞への関心は近年劇的に高まっています。

この発見は、細胞間コミュニケーションの調節に関与する分泌型膜小胞の一般的な分野への新たな関心を引き起こしました。

エキソソームは当初、非常に特異的な細胞オルガネラと見なされていました。これらは、不要な分子成分または「代謝ジャンク」があったため、細胞によって廃棄された物質を含んでいたからです。また、廃棄物を運ぶため、細胞死の象徴とも見なされていました。

しかし、タンパク質、脂質、遺伝物質（mRNAやmicroRNAなどの調節に関与する分子など）が含まれていることが判明した後、それらはより複雑な方法で細胞に影響を与える可能性があると結論付けられました。

処理する

エンドサイトーシスと同じように、細胞の分泌プロセスはアクティブなプロセスを構成するため、ATPの形でエネルギーを必要とします。ゴルジ体はエキソサイトーシスにおいて基本的な役割を果たします。なぜなら、細胞分泌に向かう物質を詰め込んだ膜がそこから分解されるからです。

細胞内輸送小胞はゴルジ体に由来し、内容物とともに細胞質を通り、細胞質微小管に沿って細胞膜に向かって移動し、細胞膜に融合し、その内容物を細胞外液に放出します。

エンドサイトーシスとエキソサイトーシスは細胞のバランスを維持し、原形質膜の寸法と特性を維持します。そうでなければ、細胞の膜は、それに加えられた排泄小胞の膜の追加によって拡張されるときにその寸法を変更します。

このようにして、エキソサイトーシスで追加された余分な膜はエンドサイトーシスによって再び統合され、この膜をエンドサイトーシス小胞を通してゴルジ装置に戻し、そこで再利用します。

ゴルジ体に由来しないエキソソーム

エキソサイトーシスに向かうすべての物質がゴルジ体のトランスネットワークから来るわけではありません。これの一部は初期エンドソームから来ています。これらは、エンドサイトーシスの過程で形成される小胞の受容に特化した細胞小器官です。

これらの中では、エンドソームと融合した後、コンテンツの一部が再利用され、エンドソーム自体で形成される小胞によって細胞膜に輸送されます。

一方、シナプス前終末では、神経伝達物質が独立した小胞に放出され、神経伝達を促進します。後者はしばしば以下に述べる構成的エキソサイトーシス小胞である。

タイプ

エキソサイトーシスプロセスは構成的または断続的であることができ、後者は規制されたエキソサイトーシスとしても知られています。小胞は、（エンドサイトーシス小胞も受け取る）一次エンドソームなどの細胞コンパートメントに由来するか、またはゴルジ体のトランスドメインで直接生成することができます。

エキソサイトーシスのある経路または別の経路に向かうタンパク質の認識は、タンパク質間の共有シグナル領域の検出によって与えられます。

構成的エキソサイトーシス経路

このタイプのエキソサイトーシスは、すべての細胞で絶え間なく発生します。ここでは、多くの可溶性タンパク質が継続的に細胞の外に排出され、他の多くはリサイクルされ、細胞膜に組み込まれてエンドサイトーシス中に膜が急速に内在化されるため、再生を促進して再生を可能にします。

このエキソサイトーシスの経路は調節されていないため、常に進行しています。例えば、腸の杯細胞および結合組織の線維芽細胞では、エキソサイトーシスは構成的であり、常に発生しています。杯細胞は常に粘液を放出し、線維芽細胞はコラーゲンを放出します。

組織で分極化されている多くの細胞では、膜は2つの異なるドメイン（頂端ドメインと側底ドメイン）に分かれており、機能分化に関連する一連のタンパク質が含まれています。

これらの場合、タンパク質は、ゴルジトランスネットワークからの構成的経路によって異なるドメインに選択的に輸送されます。

これは、これらの分極した細胞の頂端または側底ドメインを直接標的とする少なくとも2つのタイプの構成的分泌小胞によって達成されます。

調節されたエキソサイトーシス経路

このプロセスは、分泌のための特殊化された細胞に限定されており、一連のタンパク質または腺製品がゴルジ体のトランスドメインによって選択され、特別な分泌小胞に送られ、そこで濃縮され、細胞外マトリックスに放出されます。いくつかの細胞外刺激を受けます。

ホルモンを分泌小胞に保存する多くの内分泌細胞は、細胞外からのシグナルを断続的なプロセスとして認識した後にのみエキソサイトーシスを開始します。

小胞の細胞膜への融合は、さまざまな種類の細胞（ニューロンから内分泌細胞まで）において一般的なプロセスです。

調節されたエキソサイトーシスのプロセスに関与するタンパク質

タンパク質の2つのファミリーがエキソサイトーシスプロセスに関与しています。

• 小胞の膜への固定に関与し、小胞輸送に特異性を与えるRab。それらは一般にアクティブな形でGTPと関連付けられています。
• 一方、SNAREエフェクタータンパク質は、膜間の融合を可能にします。細胞内のカルシウム（Ca2 +）の濃度の増加は、プロセスのシグナルとして機能します。

Rabタンパク質は細胞内Ca2 +の増加を認識し、小胞の膜への固定を開始します。融合した小胞の領域が開き、内容物が細胞外空間に放出されますが、小胞は細胞膜と融合します。

エキソサイトーシス「キスアンドラン」？

この場合、膜と融合しようとしている小胞は完全にそうではなく、一時的にそうし、膜に小さな開口部を形成します。これは、胆嚢の内側が細胞の外側と接触し、その内容物を放出するときです。

その後すぐに毛穴が閉じ、胆嚢は細胞質側に残ります。このプロセスは海馬シナプスと密接に関連しています。

特徴

細胞はエキソサイトーシスのプロセスを実行し、細胞内で合成されたタンパク質として大きな疎油性分子を輸送および放出します。また、細胞内消化後にリソソームに残っている老廃物が排出されるメカニズムでもあります。

エキソサイトーシスは、保存されて不活性のままであるタンパク質（酵素原）の活性化における重要な仲介者です。たとえば、消化酵素は、このプロセスを通じて細胞から腸管腔に放出された後に活性化され、生成および保存されます。

エキソサイトーシスは、トランスサイトーシスのプロセスとしても機能します。後者は、いくつかの物質と分子が細胞外の領域から別の細胞外の領域へと通過する細胞の細胞質を通過することを可能にするメカニズムから成ります。

トランスサイトーシス小胞の動きは細胞の細胞骨格に依存します。微小管は小胞が従うべき方向を示している間、アクチンマイクロファイバーは運動の役割を持っています。

トランスサイトーシスにより、大きな分子が上皮を通過し、無傷のまま残ります。このプロセスでは、赤ちゃんは母乳抗体を介して母体の抗体を吸収します。これらは腸上皮の頂端表面で吸収され、細胞外液に放出されます。

細胞間メッセンジャーとしてのエキソソーム

免疫系では、排泄小胞またはエキソソームが細胞間コミュニケーションに重要な役割を果たします。Bリンパ球などの一部の細胞は、適応免疫応答に不可欠な分子を含むエキソソームを分泌することが示されています。

前記エキソソームはまた、免疫系の特定のT細胞にMHC-ペプチド複合体を提示する。

樹状細胞は同様に、抗腫瘍免疫応答を誘発するMHCペプチド複合体でエキソソームを分泌します。さまざまな研究により、これらのエキソソームは一部の細胞によって排出され、他の細胞によって捕獲されることが示されています。

このようにして、抗原提示細胞の範囲を増加させる、抗原またはペプチド複合体などの重要な分子要素が追加または取得されます。

同様に、この情報交換プロセスは、免疫応答の誘導、または標的細胞の死に至る負のシグナルさえも誘導する効率を高めます。

腫瘍細胞を調節し、それらをアポトーシスに導く情報を伝達することを目的として、エキソソームをヒトの癌治療の一種として使用するいくつかの試みがなされてきた。

例

原生動物やスポンジなどの細胞内消化を行う生物では、栄養物質が食作用によって吸収され、非消化性の残留物がエキソサイトーシスによって細胞から取り除かれます。しかし、他の生物では、プロセスはより複雑になります。

脊椎動物のエキソサイトーシス

哺乳類では、赤血球の形成中に、核が他の細胞小器官と一緒に収縮し、痕跡を残します。次に、これは小胞に包まれ、エキソサイトーシスのプロセスを通じて細胞から排出されます。

対照的に、ホルモンを排泄ベシクルに保存する多くの内分泌細胞は、細胞外からのシグナルを認識した後にのみ、エキソサイトーシスを開始します。

エキソサイトーシスは、炎症などの体内のいくつかの応答メカニズムで重要な役割を果たします。この反応メカニズムは主に、肥満細胞に存在するヒスタミンによって媒介されます。

ヒスタミンがエキソサイトーシスを介して細胞外に放出されると、血管の拡張が可能になり、血管の透過性が高まります。さらに、それは感知神経の感度を高め、炎症の症状を引き起こします。

神経伝達物質放出におけるエキソサイトーシス

神経伝達物質はシナプス接合部を急速に動き、シナプス後部の受容体に結合します。神経伝達物質の保存と放出は、多段階のプロセスで行われます。

最も関連のあるステップの1つは、シナプス小胞のシナプス前膜への結合と、開口分泌によるシナプス間隙へのそれらの内容物の放出です。神経細胞によるセロトニンの放出はこのようにして起こります。

この場合、そのメカニズムは、カルシウムチャネルの開放を誘発する細胞脱分極によって誘発され、それが細胞に入ると、排泄小胞を通したこの神経伝達物質の排出のメカニズムを促進します。

他の真核生物のエキソサイトーシス

エキソサイトーシスは、膜タンパク質が細胞膜に自分自身を移植する手段です。

植物細胞では、細胞壁の構成にエキソサイトーシスが使用されます。このプロセスを通じて、ゴルジ装置で合成されたいくつかのタンパク質と特定の炭水化物は、膜の外側に動員され、前記構造の構築に使用されます。

細胞壁を持たない原生生物の多くは、細胞ポンプとして機能する収縮性液胞があり、細胞内の過剰な水分を認識して排出し、浸透圧調節機構を提供します。収縮性液胞の機能は、エキソサイトーシスの過程として行われます。

一部のウイルスはエキソサイトーシスを使用します

エンベロープDNAウイルスは、放出メカニズムとしてエキソサイトーシスを使用します。宿主細胞でのビリオンの増殖と集合の後、それが核タンパク質のエンベロープ膜を獲得すると、それは細胞核を離れ、小胞体に移動し、そこから排出小胞に移動します。

これらの細胞を出るために細胞の自己溶解を引き起こす他の多くの植物および動物のウイルスとは対照的に、この放出メカニズムを通して、宿主細胞は損傷を受けないままです。

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