細胞接着分子

細胞接着分子

細胞接着分子（さいぼうせっちゃくぶんし、英: cell adhesion molecules、略称：CAMs）とは、細胞が互いに、あるいは細胞外の構造体（細胞外マトリックスなど）と結びつく過程、すなわち細胞接着を担う生体分子群の総称です。その実体は主にタンパク質性の高分子であり、多細胞生物の発生、組織・器官の形成と機能維持に不可欠な役割を果たしています。研究は、マウス、ラット、ニワトリ、ショウジョウバエ、線虫、ゼブラフィッシュといったモデル生物に加え、培養細胞やヒトを中心に進められてきました。現在までに、ファミリーやアイソフォームを含めると数百種類にも及ぶ多様な細胞接着分子が同定されています。これらは生物が自ら合成する天然の分子ですが、有機合成や遺伝子組み換え技術によって作られた、接着機能を模倣する人工的な分子も、文脈によっては細胞接着分子とみなされることがあります。

細胞が接着する部位には、「細胞接着装置」と呼ばれる複雑な構造が形成されます。この装置は、細胞外タンパク質、細胞膜を貫通するタンパク質、細胞膜の裏打ちとなる細胞質側のタンパク質、細胞内のシグナル伝達分子、そして細胞骨格という、複数の分子群で構成されます。広義にはこれらの構成要素全てを細胞接着に関わる分子と捉えることもできますが、一般的に「細胞接着分子」という用語は、細胞外に露出している、あるいは細胞膜を貫通して細胞間の直接的な結合に関わる分子（主に細胞外タンパク質や細胞膜タンパク質）を指すことが多いです。本項目でも、この一般的な定義に倣って記述します。

研究の歴史

細胞が特定の相手を選んで接着する能力（細胞選別）は、発生生物学の初期から注目されてきました。20世紀初頭、H.V.ウィルソンによる海綿の細胞を用いた実験や、J.ホルトフレーターによるイモリの組織細胞の再集合実験は、ばらばらにされた細胞が同種の細胞同士で集まり、組織構造を再構築する現象を示しました。これらの観察は、細胞が互いを認識し、選択的に結びつくメカニズムの存在を強く示唆しました。

1950年代には、ニワトリや哺乳類細胞の培養技術が確立され、A.モスコーナらは、異なる組織由来の細胞を混ぜて培養すると、同種の細胞が特異的に集塊を作ることを詳細に観察しました。この細胞選別の現象は、細胞表面に存在する何らかの物質が、細胞間の特異的な接着を仲介していることを示唆しました。当初、この接着が非特異的な引力や電荷によるものかとも考えられましたが、それでは細胞選別の特異性を説明できませんでした。生化学分野でのタンパク質の特異的な分子認識機能の発見が刺激となり、細胞接着の特異性もまた特定のタンパク質によって担われているという考えが主流となっていきました。

1970年代には、特定のタンパク質が細胞接着を仲介することが実験的に証明され、「細胞接着分子」という概念が確立しました。初期に発見された主要な細胞接着分子には、細胞外マトリックス成分であるフィブロネクチン（1973年/1976年に接着活性証明）、その受容体であるインテグリン（1985年）、そして細胞間接着を担うCAM（後のNCAM、1976年発見）やカドヘリン（1983年発見）などがあります。

細胞接着の様式

細胞接着は、結合する対象によって大きく二つの様式に分類されます。

1. 細胞－細胞接着: 細胞が別の細胞と直接結合する様式です。この形式は、関与する分子の組み合わせによってさらに細かく分類されます。
同親性結合（ホモフィリック結合）: 一方の細胞表面にある細胞接着分子が、もう一方の細胞表面にある同じ種類の細胞接着分子と結合する形式です。例として、カドヘリン分子同士の結合などがあります。
異親性結合（ヘテロフィリック結合）: 一方の細胞表面の細胞接着分子が、もう一方の細胞表面にある異なる種類の細胞接着分子と結合する形式です。インテグリンが細胞外マトリックス分子と結合する場合や、セレクチンが糖鎖リガンドと結合する場合などがこれに該当します。
リガンド架橋型結合: 細胞膜上に直接存在するわけではない細胞外分子（リガンド）が、二つの細胞の表面にある分子にそれぞれ結合することで、細胞間を橋渡しして接着を仲介する形式です。特定のサイトカインや凝集素などがこの機能を果たすことがあります。このリガンドが多量に存在し、立体的な構造体（細胞外マトリックス）を形成するようになると、これは実質的に細胞－基質接着の様式と見なすことができます。

2. 細胞－基質接着: 細胞が、コラーゲンやラミニン、フィブロネクチンといった細胞外マトリックス成分に結合する様式です。主に細胞膜上のインテグリンなどの分子が、細胞外マトリックス分子を認識・結合することで実現されます。

これらの多様な接着様式を使い分けることで、生物は細胞の配置を制御し、複雑な組織や器官を作り上げています。

細胞接着分子と細胞結合

「細胞接着分子」という用語は、しばしば多細胞生物の細胞が形成する様々な結合構造である「細胞結合（Cell Junctions）」に関わる分子全般を指して用いられます。歴史的には、培養細胞の接着活性で発見された分子に由来する言葉ですが、現在では細胞結合装置の構成要素を広く含む概念として捉えられています。本項目でも、この広い意味での細胞接着分子を取り扱います。

細胞結合は機能と構造に基づき、細胞を物理的に繋ぎ止める「固定結合」、細胞間で情報伝達や物質交換を行う「連絡結合」、細胞間隙を閉鎖する「閉鎖結合」などに分類されます。細胞接着分子は、これらの異なるタイプの細胞結合装置において中心的な役割を担っています。

以下に、主要な細胞結合の種類と、それに関連する代表的な細胞接着分子の一部を挙げます。

固定結合 (Anchoring Junctions)
接着結合 (Adherens Junctions): カドヘリン、IgSF、ネクチン、インテグリン、フィブロネクチン、ラミニンなど
接着斑 (Desmosomes): デスモグレイン、デスモコリンなど（カドヘリンSF）
半接着斑 (Hemidesmosomes): インテグリン α6β4、BP180、ラミニン332など
連絡結合 (Communicating Junctions)
ギャップ結合 (Gap Junctions): コネキシン、パネキシン、イネキシン
シナプス結合 (Synapses): ニューロリギン、ニューレキシン、NCAM (IgSF)、インテグリンなど
原形質連絡 (Plasmodesmata、植物):
閉鎖結合 (Occluding Junctions)
密着結合 (Tight Junctions): クローディン、オクルディン、JAM (IgSF)
隔壁結合 (Septate Junctions): インテグリン、クローディン類縁分子など
接触結合 (Contact Junctions): セレクチン、アドレッシン
その他: ヘマグルチニン、レクチン、精子卵子結合タンパク質、細胞性免疫関連分子など

特定の分子が複数の細胞結合に関与したり、類似の分子が異なる結合で機能したりするケースも存在します。

生理機能、疾患、応用

細胞接着分子は、細胞の物理的な連結だけでなく、細胞の移動、増殖、分化、生存といった多様な生命活動を制御するシグナル分子としても機能します。細胞外からの情報伝達（アウトサイド・イン）や、細胞内からの情報が接着状態を調節する機構（インサイド・アウト）を通じて、細胞の応答をダイナミックに調節しています。

細胞接着分子の機能不全は、多細胞生物に広範な影響を及ぼし、様々な疾患の原因となります。発生異常、がん細胞の浸潤・転移、炎症、免疫応答異常、血栓症、創傷治癒不全など、多くの病態に関連することが知られています。このため、細胞接着分子は基礎研究だけでなく、臨床医学においても重要な研究対象となっています。

細胞接着分子に関する知見は、医薬品や診断薬、研究器材の開発にも応用されています。細胞接着の制御は、がんの治療、炎症性疾患の治療、再生医療など、様々な分野で治療戦略の標的となり得ます。人工的な細胞接着分子や、接着機能を制御する化合物などの開発が積極的に進められています。

用語に関する補足

英語の「Cell Adhesion Molecule」の略称である「CAM」という用語は、歴史的な経緯から注意が必要です。もともとは細胞接着分子全般を指す普通名詞でしたが、特定の分子（後にNCAMと改名）の固有名詞としても使われるようになったため、文脈によっては混乱を生じることがあります。同様に、「ICAM（InterCellular Adhesion Molecules）」や「ネクチン（nectins）」といった用語も、総称と特定の分子ファミリー名の両方の意味で用いられることがあります。日本語では「細胞接着分子」は通常総称として使われ、混乱は少ないですが、個別の分子名においては注意が必要です。

また、「細胞接着分子」という言葉は、文字通りの「接着」機能に加え、細胞間の様々な「結合」（細胞結合）に関わる分子全般を指す慣習があります。これは日本語、英語圏ともに共通しており、「細胞結合分子」という用語はあまり一般的ではありません。本項目では、この慣例に従い、細胞結合に関わる様々な分子を広く細胞接着分子として扱っています。

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