296: ESCRT-III（ESCRT-III）

著者: David S. Goodsell 翻訳: 工藤 高裕（PDBj）

ESCRT-IIIタンパク質CHMP1B（青色）とIST1（緑色）のらせん状線維。膜は灰色で模式的に示している。
ESCRT-IIIタンパク質CHMP1B（青色）とIST1（緑色）のらせん状線維。膜は灰色で模式的に示している。 高解像度TIFF画像はこちら。

膜は私たちの細胞を構成する壁であり、各細胞の周囲に防護壁をつくったり、細胞内に核などの区画をつくったりしている。しかし、膜は私たちの家にある壁のように固定されているわけではない。細胞は分刻みのニーズに対応するため、常に膜を修正し、区画を正しくつくり、異なる区画間の行き来を制御している。ESCRTタンパク質はこの過程を手助けし、膜を再構築し、膜の断片をつまんで小胞を作り出す。この役割は、「輸送にとって必要なエンドソーム調整複合体」（Endosomal Sorting Complexes Required for Transport）という名前にも表れている。ESCRT-IIIはその中でも中心的な役割を果たし、細胞膜の再構築に貢献している。

タンパク質をつまむ

私たちの細胞では、異なる機能を持つ数種類のESCRT-IIIタンパク質がつくられている。ここに示す構造（PDB ID 6tz4）は、タンパク質がらせん状に集まって膜の管状部分の周囲に襟状構造をつくっている様子を示している。この大きな集合体は、CHMP1BとIST1という2つのタンパク質が組み合わさってできている。これらは集まって真ん中に狭いくびれた構造をつくり、膜を薄くして、最終的にはそれをつまみ出す。この過程は、例えば、大きなエンドソームの区画から小さな小胞を出芽させるのに使われる。

裏返し

驚くべきことに、多くのタイプのESCRT-IIIは逆の働きをし、袖のように膜をらせんの外側に引き寄せる。このようにして、後の節の図で示すように、内側から膜を収縮させる。この裏返しになったしくみは、私たちの細胞で多くの重要な役割を果たしている。例えば、細胞が分裂するとき、ESCRT-IIIは最終的な結合を狭めて、2つの娘細胞が分離するのを助ける。同様に、膜の穴を塞いで細胞内にできた傷の修復を助ける。また、繊毛の長い伸長部や神経細胞の枝分かれした構造など、細胞特有の膜形状の管理にも重要である。

乗っ取られたヘルパー

HIV-1が感染細胞の表面から出芽するアニメーションの1シーン。ESCRT-IIIは青緑色で示す。
HIV-1が感染細胞の表面から出芽するアニメーションの1シーン。ESCRT-IIIは青緑色で示す。

HIV-1はESCRTのしくみを乗っ取り、ウイルスの生活環における最終段階を手助けさせる。ウイルスが感染細胞の表面から芽を出すと、ESCRT-IIIはウイルスと細胞をつなぐくびれを狭め、最終的にウイルスをつまんで脱出させる。ジャネット・イワサ（Janet Iwasa）氏が制作したこの図に示されているように、ESCRT-IIIはらせん状になって膜を徐々に収縮させると考えられている。HIV-1の生活環のアニメーションで全過程を見てみて欲しい。

光合成を形作る

VIPP1は2つのらせん状構造が集まってできた集合体で、上部は18回対称、下部は14回対称である。
VIPP1は2つのらせん状構造が集まってできた集合体で、上部は18回対称、下部は14回対称である。 高解像度TIFF画像はこちら。

我々のESCRT-IIIに似たタンパク質は、多くの種類の細胞で膜の形成に使われている。ここに示すVIPP1は、シアノバクテリア（cyanobacterium）の複雑な光合成膜の管理に役立っている。これに関連するタンパク質は、緑藻類や植物でも同じ役割を果たしていると考えられている。ここに示す2つのタンパク質の構造（PDB ID 7o3wと7o3z）は、膜チューブの周囲で収縮するときに、直径の異なるらせん状の集合体をどのように形成しているのかを明らかにしてくれる。

構造をみる

ESCRT-IIIの構造

表示方式: 静止画像

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ESCRT-IIIタンパク質は非常に動的であり、膜に結合するにつれて異なる構造をとり、次第に小さならせん状の形状となる。例えば、細胞質において、ESCRT-IIIタンパク質CHMP3は、PDB ID 3frtで見られるように、閉じた不活性型をしている。他のESCRTタンパク質の助けを借りて、CHMP3は開き、CHMP2Aと並んで結合し、PDB ID 7zcgに見られるように、膜を収縮させるらせん状の集合体を形成する。図の下のボタンをクリックして対話的操作のできる画像に切り替え、これら2つの構造を比較してみて欲しい。

理解を深めるためのトピックス

  1. 膜を再構築するとき、多くのタンパク質がESCRT-IIIを助けています。例えば、PDB ID 6ap1の構造を見ると、タンパク質Vps4が収縮の過程でESCRT-IIIの線維をどのように分解しているかがわかります。

参考文献

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この記事はRCSB PDBのPDB-101で提供されている「Molecule of the Month」の2024年8月の記事を日本語に訳したものです。転載・引用については利用規約をご覧ください。

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