エンドサイトーシスとエキソサイトーシス

エンドサイトーシスとエキソサイトーシスは、脂質小胞を用いて大量の物質を細胞内外へ輸送する膜輸送プロセスです。エンドサイトーシスでは、細胞膜が陥入してちぎれ、物質を細胞内に取り込みます。一方、エキソサイトーシスでは、細胞内小胞が細胞膜と融合して内容物を放出します。これら二つのプロセスは、細胞が栄養素や受容体を取り込み、タンパク質や神経伝達物質を分泌し、細胞表面を継続的にリモデリングすることを可能にしています。

Definition

エンドサイトーシスは、細胞膜の内向きの出芽によって形成される膜結合小胞内に、細胞外物質を細胞内に取り込むプロセスです。エキソサイトーシスは、分泌小胞が細胞膜と融合することによって、細胞内物質を外部に放出するプロセスです。

Scope

本項目では、主要なエンドサイトーシス経路（クラスリン依存性およびクラスリン非依存性経路）、エキソサイトーシスの調節性および構成性様式、そして小胞融合を駆動する膜融合機構、特にSNAREタンパク質について扱います。小胞輸送は細胞生物学における参照トピックとして扱われ、臨床的な指針ではありません。

Core questions

• 細胞膜はどのように湾曲し、出芽して物質を細胞内に取り込むのでしょうか？
• クラスリンの有無にかかわらず、どのような経路が物質を細胞内に取り込むのでしょうか？
• 小胞はどのように標的膜と融合して内容物を放出するのでしょうか？
• 構成性分泌と調節性分泌を区別するものは何でしょうか？

Key concepts

• クラスリン依存性エンドサイトーシス
• クラスリン非依存性エンドサイトーシス
• 食作用と飲作用
• 被覆ピットと小胞出芽
• 構成性エキソサイトーシスと調節性エキソサイトーシス
• SNAREを介した膜融合
• 細胞膜における小胞リサイクリング

Key theories

膜融合のSNARE仮説

小胞と標的膜のSNAREタンパク質が密な複合体を形成し、2つの二重層を引き寄せて融合を触媒することで、エキソサイトーシスやその他の融合イベントに共通の分子基盤を提供します。

Mechanisms

エンドサイトーシスでは、細胞質側のコートタンパク質と膜湾曲タンパク質が細胞膜の一部を変形させ、陥入した小胞として内側に芽を出します。最もよく特徴づけられている経路はクラスリン依存性エンドサイトーシスであり、クラスリンが被覆ピットに格子状に集合して受容体とそのリガンドを細胞内に取り込みます。いくつかのクラスリン非依存性経路も存在し、それらは輸送される物質や機構が異なります。細胞内に取り込まれた小胞はコートを脱ぎ、エンドソーム系を介して選別されます。エキソサイトーシスは逆方向に進行します。分泌小胞は細胞膜に運ばれ、そこで小胞と標的膜上のSNAREタンパク質が4ヘリックス複合体を形成し、二重層を強制的に接近させて融合を駆動し、内容物を放出します。分泌は、小胞が継続的に融合する場合は構成性であり、神経終末における細胞内カルシウム濃度の上昇などの引き金によって融合が待機される場合は調節性です。細胞膜から数十ナノメートル以内の事象を可視化するイメージング法により、これらの出芽および融合ステップがリアルタイムで観察可能となっています。

Clinical relevance

エンドサイトーシスとエキソサイトーシスは、受容体調節、抗原取り込み、神経伝達物質やホルモンの放出、そして一部の病原体や毒素が利用する侵入経路といったプロセスを支えており、細胞生理学を理解するための基礎となります。本項目は、参照のための輸送機構を記述するものであり、診断や治療の根拠となるものではありません。

History

小胞による取り込みと分泌は、20世紀半ばに電子顕微鏡によって形態学的に認識され、クラスリン被覆ピットが明確なエンドサイトーシス構造として同定されました。その後、分子機構が解明され、コート形成のためのクラスリンとアダプタータンパク質、そして小胞融合がどのように達成されるかを明らかにしたSNAREタンパク質が発見されました。その後、ライブセルイメージングによって個々の出芽および融合イベントが直接観察可能となり、追加のクラスリン非依存性経路も徐々に解明されていきました。

Key figures

• Thomas C. Südhof
• James E. Rothman
• Harvey T. McMahon
• Satyajit Mayor

Seminal works

• sudhof-rothman-2009
• doherty-mcmahon-2009

Frequently asked questions

エンドサイトーシスとエキソサイトーシスの違いは何ですか？

エンドサイトーシスは、細胞膜から内向きに出芽する小胞によって物質を細胞内に取り込むのに対し、エキソサイトーシスは、細胞内小胞が細胞膜と融合することによって物質を細胞外に放出します。

SNAREタンパク質とは何ですか？

SNAREタンパク質は、小胞とその標的膜上に存在する膜タンパク質であり、密な複合体を形成して2つの二重層を引き寄せ、エキソサイトーシスや関連するイベント中の融合を駆動します。