フラジェリン

フラジェリン（Flagellin）は、細菌の推進力を生み出す運動器官である鞭毛の主要な構成要素となるタンパク質です。この分子は、比較的小さなサイズで、およそ3万から6万ダルトンの分子量を持つことが知られています。鞭毛を持つ細菌の体内には、このフラジェリンが多量に存在しており、細菌の運動機能の根幹をなしています。

分子構造とその役割

フラジェリンの構造は、細菌の鞭毛が特徴的ならせん状の形態を保つ上で極めて重要であり、鞭毛が適切に機能するための物理的な基盤を提供しています。

フラジェリンのタンパク質は複数のドメインから構成されますが、特にその両端にあたるN末端およびC末端領域は、分子が集まって鞭毛繊維を形成する過程（繊維状重合）において中心的な役割を果たします。これらの末端領域は、フラジェリン分子が相互に結合し、鞭毛の強固な内部構造を構築するために必須です。興味深いことに、これらの両端部分は、多くの種類の鞭毛を持つ細菌でよく保存されており、種を超えて比較的似た配列を持っています。

一方、フラジェリンの中央部分は、鞭毛の外側表面に露出しています。この中央ドメインは、細菌の種類によって非常に多様性に富んでおり、これが後の免疫応答における認識多様性や、細菌が免疫系から逃れる戦略に関与していると考えられています。

宿主免疫システムとの関わり

フラジェリンは、細菌にとって運動に不可欠な要素である一方で、宿主生物にとっては細菌の存在を示すシグナルとして認識される重要な分子です。

哺乳類における応答

哺乳類の免疫システムは、細菌の鞭毛、特にフラジェリンに対して強い免疫応答を示すことが一般的です。この応答には、病原体を特異的に認識して排除する獲得免疫が関与することが多く、抗原提示細胞を介したT細胞の活性化などが含まれます。

フラジェリンが免疫系に認識されやすい理由としては、主に二つの要因が挙げられます。一つは、前述の通り、有鞭毛細菌の菌体内にフラジェリンが非常に豊富に存在している点です。量が多いことから、免疫細胞による検出の機会が増加します。もう一つは、哺乳類の自然免疫システムを担う重要なセンサーであるToll様受容体（TLR）ファミリーの一種、TLR5がフラジェリンを直接認識する能力を持っていることです。TLR5がフラジェリンを感知すると、細胞内にシグナルが伝達され、炎症反応や他の免疫応答が引き起こされます。フラジェリンは、このような自然免疫における病原体関連分子パターン（PAMP）として機能する典型的な例です。

しかし、一部の細菌は、宿主の免疫応答による排除を回避するための巧妙な戦略を持っています。例えば、異なる種類のフラジェリン遺伝子の発現を切り替えたり、フラジェリンの構造を微妙に変化させたりすることで、TLR5による認識を避けたり、免疫応答を鈍らせたりすることが可能です。

植物における応答

植物もまた、フラジェリンを病原体認識のシグナルとして利用し、防御システムを活性化させます。

植物が認識するフラジェリンの特定の構造として、N末端部分に存在する比較的保存された22個のアミノ酸配列（flg22と呼ばれる）が特に重要であることが報告されています。このflg22配列は、多くの病原性細菌や共生細菌のフラジェリンに共通して見られる構造です。

植物は、このflg22を細胞表面に存在する特定の受容体を介して認識します。モデル植物であるシロイヌナズナを用いた研究では、受容体様キナーゼであるFLS2（flagellin-sensitive 2）がflg22を特異的に結合し、認識の鍵となる分子であることが明らかにされています。

FLS2によるflg22の認識は、細胞内でシグナル伝達カスケードを引き起こします。このシグナル伝達には、MAPキナーゼなどが重要な役割を果たし、最終的に900以上の多数の遺伝子の発現に影響を与えます。これにより、植物は病原体への抵抗性を高めるための様々な防御応答（例えば、抗菌物質の生成や細胞壁の強化など）を準備します。

合成されたflg22ペプチドを植物に処理することで、実際の細菌感染が起きる前に植物の防御システムを事前に活性化させ、細菌の侵襲に対する抵抗性を獲得させることが可能であることも知られており、これは植物病害防除への応用も期待されています。

このように、フラジェリンは細菌の基本的な機能に不可欠であると同時に、宿主生物との相互作用、特に免疫応答において中心的な役割を担う重要な分子です。その構造的特徴、多様性、そして宿主側の認識機構は、病原体と宿主の関係性を理解する上で多くの知見をもたらしています。

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