ESCRT

ESCRT（endosomal sorting complexes required for transport）は細胞さいぼう質しつのタンパク質たんぱくしつ複ふく合体がったいで、ESCRT-0、ESCRT-I、ESCRT-II、ESCRT-IIIという種類しゅるいが存在そんざいする。これらのESCRT複ふく合体がったいは、他たの補助ほじょタンパク質たんぱくしつとともに独特どくとくな形式けいしきで細胞さいぼう膜まくのリモデリングを行おこない、膜まくを屈曲くっきょくさせたり切きり離はなしたりする。酵母こうぼやヒトを含ふくむ多おおくの生物せいぶつで、ESCRTの構成こうせい要素ようその単たん離はなれと研究けんきゅうが行おこなわれている。

ESCRTは、多た胞体（multivesicular body）の生なま合成ごうせい、細胞さいぼう質しつ分裂ぶんれつ、ウイルスの出芽しゅつがなど、多数たすうの細胞さいぼう過程かていに重要じゅうような役割やくわりを果はたす。多た胞体の生なま合成ごうせいとは、ユビキチンでタグ付づけされたタンパク質たんぱくしつが小しょう胞形成けいせいを介かいしてエンドソームと呼よばれる細胞さいぼう小しょう器官きかんへ入はいる過程かていである。この過程かていは、誤あやまったフォールディングをしたタンパク質たんぱくしつや損傷そんしょうしたタンパク質たんぱくしつを破壊はかいするために必須ひっすの過程かていである。ESCRTがなければこれらのタンパク質たんぱくしつは蓄積ちくせきし、神経しんけい変性へんせい疾患しっかんが引ひき起おこされる。例たとえば、ESCRT-IIIの構成こうせい要素ようその異常いじょうは遺伝いでん性せい痙性対たい麻痺まひなどの神経しんけい疾患しっかんを引ひき起おこす可能かのう性せいがある。細胞さいぼうのabscission（切断せつだん、分離ぶんり）は膜まくが連結れんけつされている2つの娘むすめ細胞さいぼうを切きり離はなす過程かていであり、これもESCRTによって媒介ばいかいされる。ESCRTがなければ娘むすめ細胞さいぼうは分離ぶんりすることができず、2倍量ばいりょうのDNAを含ふくむ異常いじょうな細胞さいぼうが形成けいせいされる。このような細胞さいぼうはアポトーシスによって破壊はかいされる。最後さいごに、ウイルスの出芽しゅつがは特定とくていのタイプのウイルスが細胞さいぼうを出でる過程かていであり、ESCRTがなければ起おこらない。その結果けっか、ウイルスは細胞さいぼうから細胞さいぼうへ拡散かくさんすることができなくなる。

多た胞体の生なま合成ごうせいと積つみ荷にのシャトリング

ESCRTを利用りようした、膜まく結合けつごうタンパク質たんぱくしつのリソソームへの輸送ゆそう。膜まく結合けつごうタンパク質たんぱくしつはエンドサイトーシスによって細胞さいぼう内ないへ取とり込こまれる。タンパク質たんぱくしつのユビキチンタグがESCRTによって認識にんしきされ、エンドソームへリクルートされる。多た胞体が形成けいせいされ、タンパク質たんぱくしつ分解ぶんかいが行おこなわれるリソソームと融合ゆうごうする。

多た胞体は、ユビキチン化かされたタンパク質たんぱくしつと受容じゅよう体たいのリソソームへの輸送ゆそうに大おおきな役割やくわりを果はたす。ESCRT複ふく合体がったいは、ユビキチン化かされた積つみ荷にをエンドソーム区画くかく内ないに直接ちょくせつ出芽しゅつがする小しょう胞へ運搬うんぱんし、多た胞体を形成けいせいする。最終さいしゅう的てきに多た胞体はリソソームと融合ゆうごうし、積つみ荷にの分解ぶんかいを引ひき起おこす。より詳細しょうさいな過程かていは次つぎのようになる。

1. ESCRT-0複ふく合体がったいの構成こうせい要素ようそであるVps27とHse1がユビキチン化かされた積つみ荷にに結合けつごうする。
2. Vps27がエンドソームの脂質ししつホスファチジルイノシトール-3-リン酸さんに結合けつごうし、複ふく合体がったい全体ぜんたいがエンドソームへリクルートされる。
3. Vps27がESCRT-IのVps23サブユニットに結合けつごうし、ESCRT-Iがエンドソームへもたらされる。ESCRT-Iはユビキチン化かされたタンパク質たんぱくしつにも結合けつごうする。
4. Vps36がESCRT-IのサブユニットVps28に結合けつごうし、ESCRT-II複ふく合体がったいがリクルートされる。
5. ESCRT-IIのVps25サブユニットがESCRT-III複ふく合体がったいのVps20に結合けつごうし、活性かっせい化かする。
6. Vps20がSnf7多量たりょう体たい鎖くさりの形成けいせい核かくとなり、その後ごVps24によってキャップされる。
7. Vps24がVps2をリクルートし、Vps4が複ふく合体がったいへもたらされる。
8. Vps4は、Vta1の結合けつごうに伴ともなって2つの六ろく量りょう体からだリングからなるポアを形成けいせいする。Vps4-Vta1複ふく合体がったいは、ESCRT-IIIの解体かいたいを開始かいしし、多た胞体形成けいせいの終結しゅうけつの印しるしとなる。

ESCRT複ふく合体がったいと補助ほじょタンパク質たんぱくしつ

ESCRTと補助ほじょタンパク質たんぱくしつの概要がいよう

各かくESCRT複ふく合体がったいと補助ほじょタンパク質たんぱくしつは、異ことなる生化学せいかがく的てき機能きのうを可能かのうにする独特どくとくの構造こうぞうを持もっている。ESCRTを構成こうせいする各かくタンパク質たんぱくしつには、酵母こうぼと後生ごしょう動物どうぶつの双方そうほうで多数たすうのシノニムが存在そんざいする。これらのタンパク質たんぱくしつをすべてまとめた表ひょうが右みぎに示しめされている。

酵母こうぼでは、次つぎに挙あげる複ふく合体がったいまたは補助ほじょタンパク質たんぱくしつが存在そんざいしている。

ESCRT-0

ESCRT-0複ふく合体がったいは、ユビキチン化かされたタンパク質たんぱくしつや細胞さいぼう表面ひょうめんの受容じゅよう体たいに結合けつごうして密集みっしゅうすることで、多た胞体の形成けいせいに重要じゅうような役割やくわりを果はたす。その後ご複ふく合体がったいはエンドソームの膜まく脂質ししつへの結合けつごうを担にない、これらタグ付づけされたタンパク質たんぱくしつをエンドソームへリクルートする。適切てきせつな局在きょくざい化かが行おこなわれると、これらのタンパク質たんぱくしつは小しょう胞を介かいしてエンドソームへ取とり込こまれて多た胞体を形成けいせいし、最終さいしゅう的てきにリソソームへ運はこばれて分解ぶんかいされる。この経路けいろは、ゴルジ体たいを通過つうかした傷害しょうがいタンパク質たんぱくしつの分解ぶんかいの主要しゅような経路けいろである。

ESCRT-0複ふく合体がったいは、Vps27とHse1が1:1で結合けつごうしたヘテロ二に量りょう体たいである。Vps27とHse1は逆ぎゃく平行へいこうコイルドコイルを形成けいせいするGATドメインを介かいして二に量りょう体からだ化かする。Vps27とHse1の双方そうほうがN末端まったんにVHSドメインを持もっている。これらのVHSドメインは、細胞さいぼうが分解ぶんかいしようとするタンパク質たんぱくしつに付加ふかされたユビキチンに結合けつごうする。また、ユビキチンはHse1に1つ、またはVps27の両りょう側面そくめんにそれぞれ存在そんざいするユビキチン相互そうご作用さようモチーフにも結合けつごうする。Vps27には、VHSドメインとユビキチン相互そうご作用さようモチーフに挟はさまれてFYVEドメインが存在そんざいする。エンドソームの一般いっぱん的てきな脂質ししつであるホスファチジルイノシトール-3-リン酸さんは、このFYVEドメインに結合けつごうしてESCRT-0をエンドソームへリクルートする。

ESCRT-I

ESCRT-I複ふく合体がったいの役割やくわりは、ユビキチン化かされたタンパク質たんぱくしつに密集みっしゅうし、ESCRT-0複ふく合体がったいとESCRT-II複ふく合体がったいのブリッジとして機能きのうすることで多た胞体の形成けいせいを助たすけることである。またESCRT-Iは膜まくのabscissionの際さい、分裂ぶんれつしている細胞さいぼうの中央ちゅうおう体たい（midbody）の両側りょうがわにリングを形成けいせいし、膜まくの認識にんしきとリモデリングに機能きのうを果はたす。ESCRT-Iは、細胞さいぼうが分裂ぶんれつする直前ちょくぜんに狭窄きょうさく帯たいを形成けいせいするESCRT-IIIのリクルートも担になう。さらに、ESCRT-Iは特定とくていのウイルスタンパク質たんぱくしつと相互そうご作用さようしてウイルスの出芽しゅつがにも関与かんよし、ウイルス放出ほうしゅつ部位ぶいに他たのESCRT複ふく合体がったいをリクルートする。

ESCRT-I複ふく合体がったいは、Vps23、Vps28、Vps37、Mvb12が1:1:1:1で結合けつごうしたヘテロ四よん量りょう体たいである。組くみ立たてられたヘテロ四よん量りょう体たいは、Vps23、Vps37、Mvb12からなる棒状ぼうじょうのストークに、Vps23、Vps28、Vps37のヘリックスからなる扇型おうぎがたのキャップが結合けつごうしたような形状けいじょうをしている。Vps23はユビキチンE2バリアントドメインを持もっており、ユビキチン、ESCRT-0複ふく合体がったい、そして、ウイルスのgagタンパク質たんぱくしつのPTAPモチーフとの結合けつごうを担になう。このユビキチンE2バリアントドメインの直後ちょくごにはプロリンリッチモチーフ（GPPX₃Y）が存在そんざいしており、膜まくのabscissionの際さいにESCRT-Iを中央ちゅうおう体たいへ差さし向むける。Mvb12もC末端まったんを介かいしてユビキチンに結合けつごうすることができる。Vps28はESCRT-IとESCRT-II間あいだの相互そうご作用さようを担にない、C末端まったんの4ヘリックスバンドルドメインを介かいしてESCRT-IIのVps36のGLUEドメインへ結合けつごうする。

ESCRT-II

ESCRT-II複ふく合体がったいは主おもに、多た胞体の生なま合成ごうせいとユビキチン化かされたタンパク質たんぱくしつのエンドソームへの輸送ゆそうの際さいに機能きのうする。ユビキチンタグの付ついたタンパク質たんぱくしつはESCRT-0からESCRT-Iへ、そしてその後ごESCRT-IIへと受うけ渡わたしされる。ESCRT-IIは、積つみ荷にを含ふくむ小しょう胞をくびり切きる複ふく合体がったいESCRT-IIIと結合けつごうする。

ESCRT-IIは、2つのVps25サブユニット、1つのVps22サブユニット、そして1つのVps36サブユニットからなるヘテロ四よん量りょう体たいである。Vps25のPPXYモチーフはVps22とVps26のwinged-helix（WH）モチーフと結合けつごうし、Vps22とVps36が基部きぶ、2つのVps25分子ぶんしがアームとなるY字じ型がたの複ふく合体がったいを形成けいせいする。Vps25もWHモチーフを含ふくんでおり、ESCRT-IIとESCRT-IIIの間あいだの相互そうご作用さようを担になう。Vps36はGLUEドメインを含ふくんでおり、ホスファチジルイノシトール-3-リン酸さんとESCRT-IのVps28に結合けつごうする。酵母こうぼのVps36では、GLUEドメイン内ないのループには2つのジンクフィンガードメインが存在そんざいしている。これらのジンクフィンガードメインの一方いっぽうはVps28のC末端まったんドメインを、もう一方いっぽうはユビキチンを結合けつごうする。

ESCRT-III

ESCRT-III複ふく合体がったいはESCRTが媒介ばいかいする全すべての過程かていに関与かんよし、おそらく最もっとも重要じゅうようである。膜まくのabscissionとウイルスの出芽しゅつがにおいて、膜まくの切断せつだんの直前ちょくぜんにESCRT-IIIは膜まくの狭窄きょうさく部位ぶいに巻まき付つく長ながいフィラメントを形成けいせいする。膜まくのabscissionの媒介ばいかいは、セントラルスピンドリン複ふく合体がったいとの相互そうご作用さようによって行おこなわれる。ESCRT-IIIのフィラメント構造こうぞうは多た胞体の形成けいせい時じにも存在そんざいし、積つみ荷にタンパク質たんぱくしつが細胞さいぼう質しつへ流出りゅうしゅつするのを防ふせぐために出芽しゅつが小しょう胞に栓せんをするリング状じょうの柵しがらみとして機能きのうする。

ESCRT-III複ふく合体がったいは一過いっか的てきにしか存在そんざいしないという点てんで他たのESCRT複ふく合体がったいをは異ことなっており、必須ひっすサブユニットと非ひ必須ひっすサブユニットを含ふくんでいる。複ふく合体がったいが機能きのうするためには、必須ひっすサブユニットは適切てきせつな順序じゅんじょ（Vps20、Snf7、Vps24、その後ごにVps2）で集合しゅうごうしなければならない。非ひ必須ひっすサブユニットにはVps60、Did2、Ist1が含ふくまれる。Vps20は、Snf7の多量たりょう体たい化かの核かくとして機能きのうすることでESCRT-IIIの組くみ立たてを開始かいしする。その後ごVps24がSnf7に結合けつごうし、複ふく合体がったいのキャップとなってVps2をリクルートする。Vps2はその後ごVps4を複ふく合体がったいへリクルートする。細胞さいぼう質しつの遊離ゆうり型がたの各かくサブユニット単たん量りょう体たいは「閉とじた」構造こうぞうであると考かんがえられている。すなわち、各かくサブユニットのC末端まったん部分ぶぶんが自身じしんの上うえに折おり畳たたまれ、自己じこ阻害そがい的てきに単たん量りょう体たいサブユニットを安定あんてい化かしている。ESCRT-IIIのサブユニットのC末端まったんは、必須ひっすサブユニットも非ひ必須ひっすサブユニットも、MIMモチーフを含ふくんでいる。このモチーフはVps4やAAA-ATPアーゼのスパスチンとの結合けつごうを担になう。

Vps4-Vta1

Vps4-Vta1タンパク質たんぱくしつ複ふく合体がったいは、特定とくていの過程かていの完了かんりょう後ごに膜まくからESCRT構成こうせい要素ようそ（通常つうじょうはESCRT-III）を除去じょきょする際さいに必要ひつようとされる。Vps4がESCRT-III複ふく合体がったいを切断せつだんするのか、それとも構成こうせい要素ようそが特定とくていの時期じきに切断せつだんされるよう複ふく合体がったいをリモデリングするのかについては議論ぎろんがある。Vta1はVps4の活性かっせい化か因子いんしとして機能きのうし、組くみ立たてを補助ほじょしてAAA-ATPアーゼ活性かっせいを向上こうじょうさせると考かんがえられている。

Vps4サブユニットは2つの機能きのう的てきドメイン、N末端まったんのMITドメインと中心ちゅうしん部ぶのAAA-ATPアーゼドメインを持もっている。MITドメインはVps2のMIMモチーフとの相互そうご作用さようを担になう。AAA-ATPアーゼドメインは、ATPを加水かすい分解ぶんかいしてESCRT-III複ふく合体がったいの解体かいたいの動力どうりょくとなる。ESCRT-IIIは除去じょきょされて、全すべての結合けつごうサブユニットは再さい利用りようされる。Vta1は二に量りょう体からだタンパク質たんぱくしつで、VSLドメインがVps4との結合けつごうを担にない、MITドメインがESCRT-IIIのサブユニットVps60に結合けつごうする。Vta1は必須ひっすではないものの、Vps4のリング状じょう構造こうぞうの組くみ立たてを助たすけ、ATPアーゼ活性かっせいを促進そくしんし、ESCRT-IIIの解体かいたいを促進そくしんすることが示しめされている。

Bro1

Bro1の主要しゅような機能きのうは、脱だつユビキチン化か酵素こうそをESCRT-III複ふく合体がったいへリクルートすることである。その結果けっか、リソソームでの分解ぶんかい標的ひょうてきとなったタンパク質たんぱくしつからユビキチンタグが多た胞体の形成けいせいの直前ちょくぜんに除去じょきょされる。Bro1は積つみ荷にタンパク質たんぱくしつからユビキチンが除去じょきょされる間あいだ、ESCRT-IIIの安定あんてい化かを助たすけていると想定そうていされている。

Bro1のN末端まったんドメインはESCRT-IIIのSnf7に結合けつごうする。この結合けつごうによってBro1は膜まくのabscission部位ぶいにリクルートされる。Bro1は脱だつユビキチン化か酵素こうそDoa4の触媒しょくばいドメインにも結合けつごうし、Doa4を膜まくのabscission部位ぶいへリクルートする。Doa4はリソソームへ送おくられる積つみ荷にタンパク質たんぱくしつからユビキチンを除去じょきょする。

膜まくのabscission

ESCRT複ふく合体がったいの中央ちゅうおう体たいへのリクルート。Cep55はMKLP1に結合けつごうする。Cep55はESCRT-IとALIXをリクルートする。ESCRT-IとALIXはESCRT-IIIをリクルートする。ESCRT-IIIは娘むすめ細胞さいぼうの間あいだの膜まくのネックでらせんを形成けいせいし、狭窄きょうさくと切断せつだんを引ひき起おこす。

細胞さいぼう質しつ分裂ぶんれつにおける膜まくのabscissionは、細胞さいぼう分裂ぶんれつの際さいに2つの娘むすめ細胞さいぼうを連結れんけつしている膜まくが切断せつだんされる過程かていである。この過程かていは真ま核かく生物せいぶつに近ちかい一部いちぶの古こ細菌さいきんでも保存ほぞんされており、ESCRTの最古さいこの役割やくわりであると考かんがえられている。2分岐ぶんき説せつに従したがえば、プロテオ古こ細菌さいきんの祖先そせんがESCRTを獲得かくとくし、アスガルド古こ細菌さいきん段階だんかいでESCRTシリーズをほぼ全すべて備そなえた。

この過程かていは、中心ちゅうしん体たいタンパク質たんぱくしつCep55が、微小びしょう管かんと結合けつごうする有ゆう糸いと分裂ぶんれつキネシン様ようタンパク質たんぱくしつMKLP1との結合けつごうによって、分裂ぶんれつ中ちゅうの細胞さいぼうの中央ちゅうおう体たいへリクルートされることで開始かいしされる。その後ご、Cep55はESCRT-IのVps23サブユニットと補助ほじょタンパク質たんぱくしつALIXをリクルートし、中央ちゅうおう体たいの両側りょうがわにリングを形成けいせいする。ESCRT-IとALIXはSnf7サブユニットを介かいしてESCRT-IIIをリクルートする。ESCRT-IIIのサブユニットVps20、Snf7、Vps24、Vps2、Did2は、Vps23によって形成けいせいされたリングに近接きんせつしてらせん状じょうの繊維せんいを形成けいせいする。このらせん状じょう構造こうぞうの形成けいせいによって膜まくが変形へんけいし、中央ちゅうおう体たいに形成けいせいされた微小びしょう管かんを切断せつだんするためにAAA-ATPアーゼのスパスチンがDid2とIst1によってリクルートされる。その後ご、Vps4がESCRT-III複ふく合体がったいの解体かいたいを触媒しょくばいし、新あらたに分離ぶんりした2つの娘むすめ細胞さいぼうとなる。膜まくのabscissionの過程かていは後生ごしょう動物どうぶつでより詳細しょうさいに研究けんきゅうされているため、後生ごしょう動物どうぶつのタンパク質たんぱくしつ名めいで記しるしている。

ウイルスの出芽しゅつが

HIVの出芽しゅつが。a: 細胞さいぼう膜まくの直下ちょっかへのウイルスタンパク質たんぱくしつの蓄積ちくせきは、ウイルスの外側そとがわへの突出とっしゅつを引ひき起おこす。b: 膜まくの突出とっしゅつ部ぶの根元ねもとでESCRT複ふく合体がったいによって狭窄きょうさく部ぶが形成けいせいされ、ウイルスを含ふくむ小しょう胞が形成けいせいされる。c: 出芽しゅつが部分ぶぶんは遊離ゆうり細胞さいぼう外がいビリオンを残のこしてくびり切きれる。(Photo provided by Dr. Matthew Gonda (Wikimedia Commons: Nov. 1998), National Cancer Institute Image ID: 2382)

ウイルスの出芽しゅつがとしても知しられるウイルス粒子りゅうし放出ほうしゅつ過程かていは、宿主しゅくしゅのESCRTを乗のっ取とって細胞さいぼう内ないから遊離ゆうりビリオンが放出ほうしゅつされる過程かていである。HIV-1やヒトTリンパ好このみ性せいウイルスなどのレトロウイルスや、エボラウイルスなどエンベロープを持もつウイルスの多おおくは、宿主しゅくしゅ細胞さいぼうから出でるためにESCRTを必要ひつようとする。この過程かていは、レトロウイルスの被覆ひふくの主要しゅような構造こうぞうタンパク質たんぱくしつであるGagタンパク質たんぱくしつによって開始かいしされ、ESCRT-I複ふく合体がったいのTSG101、補助ほじょタンパク質たんぱくしつALIXと相互そうご作用さようする。ESCRT-IIIのサブユニット（CHMP4とCHMP2のみが必須ひっすである）がウイルスの出芽しゅつが部位ぶいにリクルートされ、細胞さいぼう質しつ分裂ぶんれつ中ちゅうの膜まくのabscissionと似にた過程かていで、出芽しゅつが部分ぶぶんのネックを狭窄きょうさくし切断せつだんする。その後ごVps4がESCRT-III構成こうせい要素ようそを細胞さいぼう質しつへリサイクルし、ウイルスは細胞さいぼうから放出ほうしゅつされる。ウイルスの出芽しゅつがの過程かていは後生ごしょう動物どうぶつでより詳細しょうさいに研究けんきゅうされているため、後生ごしょう動物どうぶつのタンパク質たんぱくしつ名めいで記しるしている。