トランスフェリン受容体

トランスフェリン受容体

定義と基本機能

トランスフェリン受容体（英: transferrin receptor, TfR）は、血液中で鉄を運搬するタンパク質であるトランスフェリンに結合する受容体タンパク質です。この受容体の主たる役割は、トランスフェリンが運んできた鉄分を細胞内に効率的に取り込むことにあります。細胞が正常な生命活動を行うためには鉄が必須であり、この受容体システムは細胞への鉄供給において中心的な役割を果たしています。細胞内の鉄レベルに応じてその機能や発現量が調整されることで、細胞は必要な鉄分を適切に管理しています。

鉄の取り込みメカニズム

細胞がトランスフェリン結合鉄を取り込む主要な方法は、「受容体介在型エンドサイトーシス」と呼ばれるプロセスです。鉄を運ぶホロトランスフェリンが細胞表面のトランスフェリン受容体に結合すると、この複合体は細胞膜の一部が内側に窪む形で細胞内に取り込まれ、エンドソームという小胞を形成します。エンドソーム内部のpHが低下することで、トランスフェリンから鉄イオンが遊離します。遊離した鉄はエンドソームから細胞質へと輸送され、代謝や他のプロセスに利用されます。一方、鉄を失ったアポトランスフェリンは、受容体とともにリサイクルされ、エンドソームが細胞膜と融合する際に細胞外へと放出されます。これにより、受容体とトランスフェリンは繰り返し鉄輸送に関与することができます。

主要な二つのタイプ：TfR1とTfR2

ヒトにおいては、二種類のトランスフェリン受容体が広く研究されており、細胞による鉄の取り込みの大部分を担っていると考えられてきました。これらはTfR1（TFRC）とTfR2（TFR2）です。どちらも細胞膜に存在する糖タンパク質として機能します。

TfR1: TfR1は、トランスフェリンに対する非常に高い結合親和性を持つ受容体です。体のほぼ全ての細胞で広く発現しており、特に増殖が盛んな細胞や、ヘモグロビン合成のために大量の鉄を必要とする赤芽球などで多く見られます。TfR1の発現量は細胞内の鉄濃度によって厳密に調節されており、鉄が不足すると増加し、過剰になると減少します。これは、細胞が鉄の恒常性を維持するための主要な調節機構の一つです。

TfR2: TfR2は、TfR1と比較して特定の細胞種（肝臓など）に限局して発現しています。また、トランスフェリンへの結合親和性はTfR1よりもかなり低く、およそ25倍から30倍程度低いとされています。さらに、TfR2の発現や機能は、細胞内の鉄濃度による直接的な影響をほとんど受けないという特徴があります。これらの違いから、TfR2はTfR1のような主要な鉄輸送体というよりは、鉄代謝全体の調節や細胞内鉄状態のシグナル伝達に関与している可能性が示唆されています。

多くの細胞、特に赤血球が作られる過程では、TfR1を介した鉄の取り込みが主な経路です。しかし、研究によっては、細胞の種類によって鉄の取り込み方が異なる場合があることも示されています。

他の鉄取り込み経路の可能性

TfR1やTfR2といった主要な受容体システムに依存しない形で、トランスフェリンが細胞内に取り込まれる経路も存在する可能性が報告されています。これらの代替経路の詳細はまだ十分に解明されておらず、さらなる研究が進められています。

GAPDHのムーンライティング機能

興味深い例として、解糖系の重要な酵素であるグリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ（GAPDH）が、本来の酵素機能とは異なる役割を果たす「ムーンライティング」タンパク質として、トランスフェリン受容体機能を持つことが示されています。GAPDHは、翻訳後修飾を受けることによって、鉄結合トランスフェリン（ホロトランスフェリン）または鉄非結合トランスフェリン（アポトランスフェリン）に対する受容体として機能が切り替わり、それぞれ鉄の細胞内取り込みや細胞からの排出を促進する可能性が示唆されています。これは、従来の主要なトランスフェリン受容体システムに加えて、細胞が鉄の代謝を調節する多様な仕組みを持っていることを示唆しています。

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