ポドソーム
ポドソーム
黒色腫細胞内のポドソーム（黄色）、細胞核（青）、アクチン（赤）、およびアクチン制御因子（緑）。
詳細
識別子
ラテンポドソーマ
メッシュD000069261
THH1.00.01.1.02034
解剖学用語

ポドソームは、動物細胞の細胞膜の外側の表面に付属物として見られる円錐形のアクチンに富む構造である。[ 1 ] [ 2 ]そのサイズは、直径約0.5μmから2.0μmである。通常、細胞膜の周辺に位置するが、これらの独特な構造は、遊走細胞内では極性分布パターンを示し、ラメリポディウムとラメラの間の前縁に位置する。[ 3 ]その主な目的は、細胞の運動性と侵入に関連している。したがって、細胞外マトリックスに沿った付着部位と分解部位の両方として機能する。浸潤足（浸潤性癌細胞）、破骨細胞、血管平滑筋細胞、内皮細胞、マクロファージや樹状細胞などの特定の免疫細胞など、さまざまな特殊化した細胞がこれらの動的構造を示す。[ 4 ]

特徴

ポドソームは、アクチンを豊富に含むコアと、その周囲を接着タンパク質および足場タンパク質が取り囲む構造をしています。これらの構造内のアクチンフィラメントは、多くのアクチン核形成因子、重合活性化因子、アクチン結合・架橋タンパク質、キナーゼ、低分子量GTPase、足場タンパク質によって高度に制御されているため、アクチンの総ターンオーバーは数秒以内に起こります。[ 5 ]ポドソームを他の種類の細胞接着と区別するために、Tks5とWASP（ウィスコット・アルドリッチ症候群タンパク質）タンパク質が、アクチン、コルタクチン、Arp2/3複合体とともにマーカーとして使用され、これらの突起の位置を特定して分離します。これは、Tks5とWASPが、他のアクチンベースの細胞構造と比較してポドソームに特有であるためです。[ 6 ]

ポドソームの外見的構造は、アクチンコアとリング複合体という2つの異なる特徴を示す。コア内には、アクチン核形成を調整するタンパク質群が存在する。具体的には、細胞膜に近い場合はArp2/3複合体とWASP、細胞膜から遠い場合はコルタクチンがこのタンパク質群を構成する。アクチンの密集したコアから放射状にアクチンフィラメントが伸び、細胞膜に到達し、隣接するポドソーム間を繋いでいる。[ 7 ]

リング複合体では、インテグリンとインテグリン関連タンパク質が細胞骨格を細胞表面インテグリンに連結し、外側への突起を形成します。[ 8 ]初期の研究では、ポドソームの上部構造は円筒形であると示唆されていましたが、バイオイメージング技術の新たな進歩により、その認識は変化し、リング複合体は多角形であることが示されました。これらの発見は、ポドソームリング複合体に特異的な蛍光標識タンパク質を発現した細胞を用いた標準的な広視野顕微鏡観察から得られたデータに、ベイズ点滅法とベイチング解析を適用することで可能になりました。[ 9 ]

典型的には、ポドソームの大きさは直径と深さともに0.5μmから2.0μmの範囲です。この構造の寿命はわずか数分で、インベイドポディアで観察されるものよりもはるかに短いです。[ 10 ] [ 11 ]

関数

ポドソームは、細胞外マトリックスの分解と細胞運動を協調させることで、組織微小環境における細胞運動と密接に関連していると考えられています。細胞の移動は、胚発生の正常化に不可欠であり、成熟期には創傷治癒と炎症反応に不可欠です。[ 12 ]これらの運動性細胞行動の例としては、樹状細胞の内皮透過移動、動脈血管リモデリングのための大動脈内皮細胞の移動、マクロファージによる組織浸潤などが挙げられます。細胞移動の異常は、発達、血管系、免疫に関わる病態の根底にあります。したがって、ポドソームは組織リモデリングや免疫系に関連する細胞種に存在します。[ 13 ] [ 14 ]

ウィスコット・アルドリッチ症候群の患者は、免疫細胞を通して、細胞運動においてポドソームが果たす役割の継続的な証拠を示している。これらの患者は、以前の研究でポドソームに局在し、その形成に不可欠であることが示されているWASPが完全に形成されていない。[ 15 ]これらの患者の免疫系の樹状細胞とマクロファージはポドソーム形成を示さず、組織微小環境内での細胞運動に欠陥を示す。[ 16 ]一部の研究者は、ポドソームが神経堤細胞の移動に関与している可能性があると疑っている。フランク・テル・ハール症候群の患者は、ポドソーム特異的タンパク質Tks4の変異体であることが知られており、神経堤細胞の移動に欠陥を示す。[ 17 ]

ポドソームの既知の機能に加えて、研究によると、これらの動的構造は機械感覚特性も示すことが示唆されています。[ 18 ]ポドソームの初期形成は、特定のリガンドの存在と分布を含む、下層の基質の構造と組成の影響を受けるようです。[ 19 ]様々なインテグリン受容体が細胞微小環境の機械的特性を監視し、ポドソームの形成に影響を与え、開始させることができます。ポドソームが完全に形成されると、マトリックス基質の完全性がポドソームの寿命を決定づけ、剛性が増すと耐久性が長くなり、ポドソーム部位間の間隔が狭くなります。[ 20 ]

いくつかの研究では、ポドソームが骨髄幹細胞の機能制御においても役割を果たしている可能性が示唆されています。ポドソームは、間葉系間質細胞に分化可能な中胚葉前駆細胞（MPC）にin vitroで広く存在することが示されています。ポドソームは、生理的必要性が生じた場合のMPCの動員において重要であると考えられています。[ 21 ]

破骨細胞における役割

破骨細胞は、骨吸収過程を司る大型の多核骨細胞です。このリモデリング過程において、ポドソームは重要な役割を果たします。[ 22 ]破骨細胞前駆細胞の成熟過程において、ポドソームの集合体は高次構造のリング状構造を形成し、最終的には細胞周縁部に沿って帯状に凝集します。結果として生じるポドソームの配列は、隣接するポドソーム間およびポドソーム上に広がるアクチンフィラメントの密集した放射状ネットワークを介して高度に相互連結されています。[ 23 ]

癒着帯のポドソーム内にF-アクチン、ビンキュリン、パキシリン、およびα-アクチンが蓄積すると、完全に成熟した破骨細胞の発生が示唆されます。 [ 24 ]骨吸収が始まると、ポドソームの帯は分解され、主に F-アクチンで構成されたメッシュが残ります。これが「シーリングゾーン」として機能します。このシーリングゾーンは、破骨細胞が骨マトリックスに付着する部位になります。[ 25 ]薬物介入による骨吸収の阻害は、初期の破骨細胞分化中にポドソーム帯の欠如をもたらし、最終的にはシーリングゾーンの欠如をもたらします。[ 26 ]

歴史

1980年代初頭、ニワトリ胚線維芽細胞は、癌遺伝子v-srcを含むラウス肉腫ウイルス（RSV）を用いて形質転換されました。この形質転換により、ビンキュリンとα-アクチンが細胞骨格中の接着斑から再局在化し、円形のクラスターを形成しました。1985年後半、同じ細胞を用いて、これらのタンパク質クラスターが腹側細胞膜の突起に局在し、基質接着部位であることが示されました。そのため、これらの構造は細胞内で足のような性質を持つことからポドソームと名付けられました。1989年には、これらのポドソームがマトリックス分解において役割を果たしていることが実証されました。この新たに発見された破壊的な性質を反映して、これらの動的構造はインベイドポディアと名付けられました。[ 27 ]

当初、インベイドポディアとポドソームという用語は同じ細胞株に存在する同一の構造を指すために使用されていたため、命名法に関して混乱が生じています。通常、これらの構造が正常細胞に見られる場合はポドソーム、癌細胞に見られる場合はインベイドポディアと呼ばれます。

参考文献

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