細胞接着

細胞接着（Cell Adhesion）

細胞接着とは、細胞同士または細胞が細胞外マトリックスに付着する現象を指します。多細胞生物において、細胞は単独で存在するのではなく、細胞接着を通じて組織や器官を形成・維持し、個体の生存を支えています。細胞結合という類似の用語がありますが、細胞結合は細胞の形態的な構造に重点を置き、細胞接着は結合のプロセスや仕組みに重点を置くという考え方があります。

歴史

細胞接着の研究は、発生生物学の分野で古くから行われてきました。初期の実験では、細胞をバラバラにして混ぜると、同じ種類の細胞同士が集まる「細胞選別」という現象が観察されました。この現象は、細胞接着の特異性を示唆するものでした。

1908年、ウィルソンは、色の異なる2種類の海綿をバラバラにして混ぜると、同じ色同士の細胞が集塊を作ることを発見しました。

1955年、ホルトフレーターは、黒イモリの予定表皮と白イモリの神経板を同様に処理した結果、細胞選別が起こり、同じ種類の細胞同士が集まることを確認しました。

1950年代には、動物細胞を用いた細胞培養法が確立され、細胞接着の研究が大きく進展しました。モスコーナは、トリプシンなどのタンパク質分解酵素による細胞解離法を開発し、細胞培養法を確立しました。これにより、継代培養が可能な哺乳類細胞系が樹立され、細胞接着の研究が加速しました。

細胞接着のメカニズム

初期の研究では、細胞接着は非特異的な分子間引力や電気的な親和力によって起こると考えられていました。しかし、細胞選別の特異性を説明するためには、より具体的なメカニズムが必要でした。

1973年、ハインズは細胞表面にあるタンパク質・フィブロネクチンを発見しました。1976年、ヤマダはフィブロネクチンをまいた培養皿に細胞が接着することを発見しました。そして1985年、細胞接着分子・フィブロネクチンのレセプターとしてインテグリンが発見されました。

1976年、エデルマンは、ニワトリの神経網膜の細胞‐細胞接着を担うタンパク質を発見し、CAMと命名しました。数年後には、カドヘリンも発見され、細胞接着の分子メカニズムの解明が進みました。

細胞接着は、単に細胞同士を物理的に結合させるだけでなく、細胞の移動、増殖、分化、活動などの細胞生理をコントロールする機能も持っています。細胞内からの調節機能（インサイド・アウト）もあり、ダイナミックな調節系を構築しています。

細胞接着の種類

細胞接着は、接着する相手によって以下の2つに分類されます。

細胞-細胞接着: 細胞同士の接着。多くは同じ種類の細胞同士の接着です。
細胞-基質接着: 細胞と細胞外マトリックスの接着。

細胞-細胞接着および細胞-基質接着は、細胞結合という大枠に含まれます。細胞結合は、接着の特性、相手、細胞骨格によって、固定結合、連絡結合、閉鎖結合の3種類に分類されます。

細胞接着装置

細胞は、接着部域に接着装置を形成します。上皮組織では、接着結合、タイトジャンクション、デスモソームなどが形成されます。間質細胞では、焦点接着が形成されます。血液細胞は、血管内皮細胞に接触結合を介して接着し、組織へ侵入します。

接着装置は、以下の要素で構成されています。

細胞外タンパク質: 細胞膜貫通の細胞接着分子と細胞外マトリックスタンパク質（フィブロネクチン、ラミニンなど）。
細胞膜タンパク質: 細胞膜貫通の細胞接着分子、カベオリン、Gタンパク質共役型受容体など。
細胞膜裏打ちタンパク質: 接着部域の細胞質側にあり、接着装置を裏側から物理的に補強し、細胞内の細胞骨格に構造をつなげる。
細胞内シグナル伝達タンパク質: 細胞が接着した情報を細胞内に伝える（アウトサイド・イン）。さらに、細胞内の状況を接着装置を通して細胞外へ伝える（インサイド・アウト）。
* 細胞骨格: アクチンフィラメント、中間径フィラメント、微小管。

細胞接着の機能

細胞接着は、胚発生時の形態形成や組織構築に重要な役割を果たします。細胞集合の形成や細胞の移動に不可欠であり、組織構造の維持や細胞間のバリア機能にも関与します。また、細胞分化や増殖といった細胞形質の制御も行います。

脳神経系においては、神経細胞の移動、軸索の誘導、シナプス形成に細胞接着分子が働くことで、複雑な神経回路網が形成されます。シナプスにおける細胞接着構造の変化は、学習や記憶といった可塑性にも関わることが推定されています。

細胞接着と疾患

細胞接着は生命の基本原理であり、多くの疾患と関連しています。例えば、がん転移、白血球接着不全、グランツマン血小板無力症などが挙げられます。

細胞接着の研究は、基礎から応用にいたる生命科学の諸分野で活発に行われており、新たな治療法の開発につながることが期待されています。

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