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細胞内の不思議な液滴: 相分離は生物学をどのように変えるのか?
生化学の分野では、生体分子凝縮物は、細胞内で特殊な機能を実行する役割を担う膜のない細胞小器官および細胞小器官サブドメインの一種です。これらの凝縮物の組成は境界膜によって制御されず、代わりにさまざまな異なるプロセスを通じて組織を形成し、維持します。最もよく知られているプロセスは、タンパク質、RNA、その他の生体高分子を相分離して、コロイドエマルジョン、ゲル、液晶、固体結晶、細胞内凝集体などの凝集体を形成するプロセスです。
生体分子凝縮物の出現は、細胞の内部構造と機能に対する私たちの理解を完全に変えました。
歴史的背景
マイクロセル理論
マイクロセル理論は、デンプン顆粒を詳細に研究したカール・ネジェリによって 1858 年に提案されました。彼は、デンプンやセルロースのような非晶質物質は、ばらばらの結晶内に配置された構成要素で構成され、ミクロセルを形成していると信じていました。これらのマイクロセルの間に水が浸透し、古いマイクロセルの間に新しいマイクロセルが形成されることがあります。このモデルは、デンプン顆粒の膨潤を説明するためだけでなく、植物細胞壁のセルロースについても使用されています。
コロイド相分離理論
19 世紀後半、ウィリアム ベイト ハーディとエドモンド ビーチャー ウィルソンは、細胞質 (当時は「原形質」と呼ばれていました) をコロイドであると説明しました。グロブリンの研究において、ハーディは生物学的コロイドの形成を相分離と関連付け、コロイド粒子が溶媒中でどのように分散し、内部相を形成するかを強調しました。その後の研究で、科学者たちは細胞の内部構造における相分離の重要性を再検討し始めました。
相分離の復習
20 世紀後半に共焦点顕微鏡が改良されると、研究者らはタンパク質、RNA、または炭水化物が多くの膜のない細胞群に集中している可能性があることを発見しました。この時期に、相分離の概念が細胞生物学に再導入され、細胞内の生体高分子の相分離の概念が提案されました。
相分離の例
細胞質凝縮物
レビー小体、応力顆粒、P 顆粒など、細胞質内に見られる多くの凝縮物は、液-液または液-固相分離によって形成されます。これらの構造は細胞内で重要な生物学的機能を有しており、その形態学的および動的特性は研究により多くの注目を集めています。
核内凝縮物
核小体、核スペックル、その他の核内構造も、細胞質内と同様の相分離機構によって形成されると考えられており、これも生体分子凝縮物のカテゴリーを対象としています。
生物学における相分離の役割
相分離は細胞内相乗作用の中核と考えられており、シグナル伝達や遺伝子発現制御などの多くの生物学的プロセスが原線維構造や液滴相分離に関連していることが示されています。例えば、Wntシグナル伝達経路における超分子複合体は、Dshタンパク質が相分離と凝集を経て構成され、シグナル伝達において重要な役割を果たしています。
多くの相分離プロセスは細胞の健康状態と疾患状態の間に密接に関連しており、疾患の探索は将来の生物医学研究の重要な方向性になりつつあります。
合成生体分子凝縮物
合成生物学では、科学者は細胞の組織と機能を調査するために使用できる合成生体分子凝縮物の開発を開始しています。柔軟な設計と制御を通じて、合成縮合物は反応性、効率、および制御機能を提供でき、ドラッグデリバリープラットフォームとして使用できます。
調査方法
これらの生体分子の凝縮の動的特性と細胞の基本的な動作原理をより深く理解するために、科学者は高解像度の顕微鏡検査、タンパク質標識、生細胞イメージングなどのさまざまな技術を使用して観察および研究を行っています。凝縮物の挙動を追跡および操作することで、生物学と医学の進歩がさらに進みます。
生体分子凝縮物についての理解が深まるにつれて、将来的には生物学におけるその役割をより明確に探求できるようになり、さまざまな病気を治療するための新しいアイデアが開かれる可能性もあります。液体状態にあるこれらの神秘的な構造は、生命の営みにどれほどの影響を与えているのでしょうか?
