ヒトの細胞 さいぼう 核 かく の全体 ぜんたい 図 ず 。核 かく 膜 まく は内 うち 膜 まく と外 そと 膜 まく からなり、核 かく 膜 まく 孔 あな で接続 せつぞく されている。
核 かく 膜 まく (かくまく、英 えい : nuclear membrane, nuclear envelope )は、真 ま 核 かく 生物 せいぶつ の核 かく を細胞 さいぼう 質 しつ から隔 へだ てている生体 せいたい 膜 まく であり、遺伝 いでん 物質 ぶっしつ を内包 ないほう している。内 うち 膜 まく と外 そと 膜 まく からなる二 に 重 じゅう の脂質 ししつ 二 に 重層 じゅうそう 構造 こうぞう をとり、外 そと 膜 まく は小 しょう 胞体 とつながっている[ 1] 。内 うち 膜 まく と外 そと 膜 まく の空間 くうかん は核 かく 膜 まく 槽 そう (perinuclear space)と呼 よ ばれ、その幅 はば は約 やく 20–40 nmである[ 2] [ 3] 。核 かく 膜 まく に存在 そんざい する核 かく 膜 まく 孔 あな は多数 たすう のタンパク質 たんぱくしつ からなる核 かく 膜 まく 孔 あな 複 ふく 合体 がったい で構成 こうせい され、核 かく の内外 ないがい を移動 いどう する物質 ぶっしつ の通 とお り道 みち となっている[ 1] 。内 うち 膜 まく の内側 うちがわ (核質 かくしつ 側 がわ ) にはラミン からなる中間 ちゅうかん 径 みち フィラメント が格子 こうし 状 じょう に裏打 うらう ち構造 こうぞう (核 かく ラミナ ) を形成 けいせい し、核 かく の形態 けいたい を保 たも っている。中間 なかま 径 みち フィラメントは外 そと 膜 まく の外側 そとがわ にもより緩 ゆる やかな構造 こうぞう を形成 けいせい し、核 かく 膜 まく の構造 こうぞう 的 てき 支持 しじ を行 おこな っている[ 1] 。
核 かく 膜 まく は細胞 さいぼう 分裂 ぶんれつ の際 さい に一時 いちじ 消失 しょうしつ することがあるが終期 しゅうき には再 さい 形成 けいせい される。
核 かく 膜 まく は、内 うち 膜 まく と外 そと 膜 まく からなる二 に 重 じゅう の脂質 ししつ 二 に 重層 じゅうそう 構造 こうぞう である。内 うち 膜 まく と外 そと 膜 まく は、核 かく 膜 まく 孔 あな によって互 たが いに連結 れんけつ されている。2種類 しゅるい の中間 ちゅうかん 径 みち フィラメント のネットワークが核 かく 膜 まく の支持 しじ を行 おこな っている。内側 うちがわ のネットワークは内 うち 膜 まく の内側 うちがわ に形成 けいせい される核 かく ラミナ である[ 4] 。外 そと 膜 まく の外側 そとがわ でもより緩 ゆる やかなネットワークが形成 けいせい され、外側 そとがわ からの支持 しじ を行 おこな っている[ 1] 。
外 そと 膜 まく は小 しょう 胞体 の膜 まく と連続 れんぞく している[ 5] 。外 そと 膜 まく は小 しょう 胞体の膜 まく は物理 ぶつり 的 てき に連結 れんけつ されている一方 いっぽう で、小 しょう 胞体の膜 まく よりもはるかに高 こう 濃度 のうど のタンパク質 たんぱくしつ を含 ふく んでいる[ 6] 。哺乳類 ほにゅうるい に存在 そんざい する4つのネスプリン (英語 えいご 版 ばん ) (nuclear envelope spectrin repeat, nesprin) タンパク質 たんぱくしつ は、すべて外 がい 膜 まく に発現 はつげん している[ 7] 。ネスプリンタンパク質 たんぱくしつ はKASHドメイン (英語 えいご 版 ばん ) を持 も っており、LINC複 ふく 合体 がったい (英語 えいご 版 ばん ) (linker of nucleoskeleton and cytoskeleton complex) の一部 いちぶ として、細胞 さいぼう 骨格 こっかく 繊維 せんい と核 かく の骨格 こっかく を連結 れんけつ している[ 8] [ 9] [ 10] 。ネスプリンを介 かい した細胞 さいぼう 骨格 こっかく への連結 れんけつ は、核 かく の配置 はいち と細胞 さいぼう の機械 きかい 受容 じゅよう 機能 きのう に寄与 きよ している[ 11] 。ネスプリン-1とネスプリン-2はアクチン 繊維 せんい のような細胞 さいぼう 骨格 こっかく の構成 こうせい 要素 ようそ と直接 ちょくせつ 結合 けつごう したり、核 かく 膜 まく 槽 そう のタンパク質 たんぱくしつ と結合 けつごう したりする[ 9] [ 10] 。ネスプリン-3とネスプリン-4は、核 かく 輸送 ゆそう の「積 つ み荷 に 」を降 お ろす過程 かてい に寄与 きよ している可能 かのう 性 せい がある。ネスプリン-3はプレクチン (plectin) に結合 けつごう し、核 かく 膜 まく と細胞 さいぼう 質 しつ の中 なか 間 あいだ 径 みち フィラメントを連結 れんけつ している[ 12] 。ネスプリン-4は、微小 びしょう 管 かん の+端 はし 方向 ほうこう へ移動 いどう するモータータンパク質 たんぱくしつ のキネシン-1 と結合 けつごう する[ 13] 。また、外 そと 膜 まく は内 うち 膜 まく と融合 ゆうごう して核 かく 膜 まく 孔 あな を形成 けいせい し、この過程 かてい は細胞 さいぼう の成長 せいちょう に寄与 きよ している[ 14] 。
内 うち 膜 まく は核質 かくしつ を包 つつ んでおり、内 うち 膜 まく の内側 うちがわ は核 かく ラミナと呼 よ ばれるメッシュ状 じょう の中 なか 間 あいだ 径 みち フィラメントで覆 おお われている。核 かく ラミナの厚 あつ さは約 やく 10–40 nmで、核 かく 膜 まく を安定 あんてい 化 か するとともに、クロマチン の機能 きのう や遺伝子 いでんし 発現 はつげん にも関与 かんよ している[ 6] 。内 うち 膜 まく は、核 かく 膜 まく を貫 つらぬ く核 かく 膜 まく 孔 あな によって外 そと 膜 まく と連結 れんけつ されている。内 うち 膜 まく と外 そと 膜 まく は小 しょう 胞体の膜 まく と連結 れんけつ しているものの、膜 まく に埋 う め込 こ まれているタンパク質 たんぱくしつ は連続 れんぞく 体 たい 中 ちゅう へ拡散 かくさん するよりも、むしろその場 ば に留 と まる傾向 けいこう にある[ 15] 。
内 うち 膜 まく のタンパク質 たんぱくしつ の変異 へんい は、いくつかのラミノパシー と呼 よ ばれる疾患 しっかん を引 ひ き起 お こす。
核 かく 膜 まく を横切 よこぎ る核 かく 膜 まく 孔 あな
核 かく 膜 まく には、核 かく 膜 まく 孔 あな による穴 あな が数 すう 千 せん 個 こ 程度 ていど 存在 そんざい する。核 かく 膜 まく 孔 あな は直径 ちょっけい 約 やく 100 nmのタンパク質 たんぱくしつ 複 ふく 合体 がったい で、内側 うちがわ のチャネルの直径 ちょっけい は約 やく 40 nmである[ 6] 。核 かく 膜 まく 孔 あな は内 うち 膜 まく と外 そと 膜 まく を連結 れんけつ している。
細胞 さいぼう 周期 しゅうき の間 あいだ 期 き のG2期 き の間 あいだ 、核 かく 膜 まく は表面積 ひょうめんせき を増 ま し、核 かく 膜 まく 孔 あな の数 かず は倍増 ばいぞう する[ 6] 。酵母 こうぼ のような真 ま 核 かく 生物 せいぶつ ではclosed mitosisという形式 けいしき の有 ゆう 糸 いと 分裂 ぶんれつ が行 おこな われ、核 かく 膜 まく は細胞 さいぼう 分裂 ぶんれつ 中 なか も形成 けいせい されたままである。紡錘 ぼうすい 糸 いと は核 かく 膜 まく の内部 ないぶ で形成 けいせい されるか、核 かく 膜 まく をばらばらにすることなく貫通 かんつう する[ 6] 。他 た の真 ま 核 かく 生物 せいぶつ (動物 どうぶつ や植物 しょくぶつ など) ではopen mitosisという形式 けいしき の有 ゆう 糸 いと 分裂 ぶんれつ が行 おこな われ、紡錘 ぼうすい 糸 いと が内部 ないぶ の染色 せんしょく 体 たい にアクセスできるよう、核 かく 膜 まく は前 ぜん 中期 ちゅうき の間 あいだ に解体 かいたい されなければならない。核 かく 膜 まく の解体 かいたい と再 さい 形成 けいせい の過程 かてい はあまり解明 かいめい されていない。
有 ゆう 糸 いと 分裂 ぶんれつ における解体 かいたい と再 さい 形成 けいせい
哺乳類 ほにゅうるい では、有 ゆう 糸 いと 分裂 ぶんれつ 初期 しょき の一連 いちれん の段階 だんかい の後 のち 、核 かく 膜 まく は数 すう 分 ふん 以内 いない に解体 かいたい される。まず、M-Cdk がヌクレオポリン のポリペプチドをリン酸化 さんか し、それらは核 かく 膜 まく 孔 あな 複 ふく 合体 がったい から選択 せんたく 的 てき に除去 じょきょ される。その後 ご 、核 かく 膜 まく 孔 あな 複 ふく 合体 がったい の残 のこ りの部分 ぶぶん が同時 どうじ に解体 かいたい される。核 かく 膜 まく 孔 あな 複 ふく 合体 がったい は小 ちい さなポリペプチドの断片 だんぺん へ分解 ぶんかい されるのではなく、いくつかの安定 あんてい なパーツへ解体 かいたい されることが、生化学 せいかがく 的 てき な証拠 しょうこ からは示唆 しさ される[ 6] 。また、M-Cdkは核 かく ラミナの要素 ようそ をリン酸化 さんか して解体 かいたい し、核 かく 膜 まく は小 ちい さな小 しょう 胞 へと解体 かいたい される[ 16] 。核 かく 膜 まく が小 しょう 胞体へ吸収 きゅうしゅう されるという強力 きょうりょく な証拠 しょうこ が電子 でんし 顕微鏡 けんびきょう と蛍光 けいこう 顕微鏡 けんびきょう から得 え られており、通常 つうじょう 小 しょう 胞体では見 み られない核 かく 内 ない タンパク質 たんぱくしつ が有 ゆう 糸 いと 分裂 ぶんれつ 中 ちゅう には出現 しゅつげん する[ 6] 。
哺乳類 ほにゅうるい 細胞 さいぼう では、有 ゆう 糸 いと 分裂 ぶんれつ 前 ぜん 中期 ちゅうき の核 かく 膜 まく の解体 かいたい 以外 いがい にも、細胞 さいぼう の移動 いどう によって核 かく 膜 まく が破 わ れることがある[ 17] 。この一時 いちじ 的 てき な破壊 はかい 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 ESCRT (endosomal sorting complexes required for transport) によって迅速 じんそく に修復 しゅうふく される[ 17] 。核 かく 膜 まく が破 やぶ れている間 あいだ は、DNAの2本 ほん 鎖 くさり 切断 せつだん も引 ひ き起 お こされる。限 かぎ られた環境 かんきょう を通 とお って移動 いどう する細胞 さいぼう の生存 せいぞん は、効率 こうりつ 的 てき な核 かく 膜 まく とDNAの修復 しゅうふく 装置 そうち に依存 いぞん していると考 かんが えられる。
核 かく 膜 まく の解体 かいたい の異常 いじょう はラミノパシーやがん細胞 さいぼう でも観察 かんさつ され、細胞 さいぼう のタンパク質 たんぱくしつ の誤 あやま った局在 きょくざい 、小 しょう 核 かく の形成 けいせい やゲノムの不安定 ふあんてい 性 せい をもたらす[ 18] [ 19] [ 20] 。
終期 しゅうき において核 かく 膜 まく が再 さい 形成 けいせい される正確 せいかく な機構 きこう については議論 ぎろん があり、2つの理論 りろん が存在 そんざい する[ 6] 。
小 しょう 胞の融合 ゆうごう : 核 かく 膜 まく の小 しょう 胞が互 たが いに融合 ゆうごう し、核 かく 膜 まく が再 さい 構築 こうちく される。
小 しょう 胞体の整形 せいけい : 小 しょう 胞体の吸収 きゅうしゅう された核 かく 膜 まく を含 ふく む部分 ぶぶん が核 かく の空間 くうかん を包 つつ み、閉 と じた膜 まく が再 さい 形成 けいせい される。
比較 ひかく ゲノミクス や進化 しんか 、核 かく 膜 まく の起源 きげん についての研究 けんきゅう からは、核 かく は原始 げんし 的 てき な真 ま 核 かく 生物 せいぶつ の祖先 そせん に出現 しゅつげん し、古 こ 細菌 さいきん と細菌 さいきん の共生 きょうせい によって引 ひ き起 お こされたことが提唱 ていしょう されている[ 21] 。核 かく 膜 まく の進化 しんか 的 てき 起源 きげん についてはいくつかの考 かんが えが提唱 ていしょう されており、原核 げんかく 生物 せいぶつ の祖先 そせん の細胞 さいぼう 膜 まく の陥 おちい 入 いれ 、古 こ 細菌 さいきん 宿主 しゅくしゅ 中 ちゅう に始原 しげん 的 てき ミトコンドリア の存在 そんざい が確立 かくりつ されたことに伴 ともな う新規 しんき の膜 まく 系 けい の形成 けいせい 、などが唱 とな えられている[ 22] 。核 かく 膜 まく の適応 てきおう 的 てき 機能 きのう としては、ミトコンドリアの祖先 そせん によって細胞 さいぼう 中 ちゅう で産 さん 生 む される活性 かっせい 酸素 さんそ 種 しゅ からゲノム を保護 ほご する障壁 しょうへき となっていた可能 かのう 性 せい がある[ 23] [ 24] 。
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