ノーベル賞がひもとく生命と膜の神秘|サイエンスZERO

2013年のノーベル賞 医学・生理学賞の受賞者はジェームズ・ロスマン博士、ランディ・シェックマン博士、トーマス・ズートホーフ博士の3人でした。彼らは私たちが生きていくのに欠かせないある仕組みを解明することに成功しました。何と生命を支えているのは、細胞内の膜だというのです。

膜は重要なたんぱく質を必要な場所へ正確に送り届けています。膜がなければ神経の伝達もできないし細胞分裂だってできません。さらに、細胞に侵入したバクテリアを膜が包んでやっつけることも分かってきました。

私たちの体は約60兆個の細胞でできています。できたばかりのたんぱく質の多くは、その周りの小胞体という器官に入っています。そのままでは細胞の中を動き回ることができません。そこで、移動のために使うのが小胞体のです。膜に包まれることで小胞が誕生するのです。

まず小胞がたんぱく質を運ぶのがゴルジ体と呼ばれる器官です。ゴルジ体には未熟なたんぱく質をきちんと働けるように加工する役割があります。

小胞がゴルジ体に近づくとお互いの膜が融合し一体化。そのため、たんぱく質はこぼれることなくゴルジ体の中に入ります。この中で最後の仕上げをされたたんぱく質は、再び膜に包まれて出て行きます。

小胞はやがて細胞膜に到着。ここでも膜同士が融合し、たんぱく質を安全に細胞の外に運び出すのです。

神経が伝わる仕組み

体中に張り巡らされている神経。その活動は一体どのように伝わっていくのでしょうか?神経細胞の末端に存在するシナプス。神経の活動が伝わるとそこから神経伝達物質が放出され次の細胞に伝わります。これが小胞の働きでタイミングよく行われていることを解明したのがトーマス・ズートホーフ博士です。

シナプスに電気信号が伝わるとその一部に穴が開きます。すると、細胞の外にあったカルシウムイオンが穴を通って細胞の中に入ります。一方、小胞の表面にはカルシウムの受け皿があります。その受け皿にカルシウムがつくと小胞の膜と神経細胞の膜が融合。中にある神経伝達物質が隣の細胞に向けて放出されます。こうして信号が伝わっていくことが明らかになったのです。

かつて、細胞の中の小胞は適当に動き回っているうちに次の器官にたどり着くと考えられていました。でも実は小胞がゴルジ体と融合する時や出てゆく時など、その動きを遺伝子がコントロールしているのです。それを発見したのがランディ・シェックマン博士。その研究で重要な役割を果たしたのがイースト菌(酵母)です。

酵母は単純な生物ですが構造は私たちの細胞と一緒です。核もゴルジ体もあり研究にはうってつけです。シェックマン博士は、まず小胞の働きに異常がある酵母を沢山作りました。ゴルジ体と小胞が融合する時に働く遺伝子に異常があり、融合できなかった小胞がたまっているもの。調べてみるとこれはsec17(セック17)という遺伝子でした。これが小胞とゴルジ体の融合をコントロールしていたのです。

一方、ゴルジ体が異常に増えてしまった酵母ではゴルジ体から小胞が出て行く時に働く遺伝子sec14(セック14)に異常があります。シェックマン博士は、小胞をコントロールする遺伝子を1980年までに23個発見。それがその後の小胞研究の礎となったのです。

膜が病気を防ぐ!?

長年、細胞内の膜を研究してきた大阪大学の吉森保さんは2013年、膜が病気を防ぐ詳細な仕組みを解明することに成功しました。細菌が侵入するとオートファゴソームという膜がどこからともなく現れて細菌を包み込むことが分かりました。そして、膜の中で細菌を分解し細胞を守っていたのです。

細菌は細胞の中に入る時、細胞膜に包まれて入ってきます。この膜をエンドソームと言います。細菌が増殖するためにエンドソームに穴を開けて逃げ出そうとすると、それを感知してすぐにオートファゴソームの膜が出現。細菌を包み込んでやっつけているのです。こうした膜が出来る仕組みをオートファジーと言います。

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ノーベル賞がひもとく生命と膜の神秘

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