真菌の細胞壁と膜構造

真菌の細胞外被は、主にキチンとマンノプロテインに架橋されたベータグルカンで構築された外部の細胞壁と、その下にあるエルゴステロールが主要なステロールである原形質膜の2つの主要な層から構成されます。細胞壁は細胞に形状、機械的強度、浸透圧ストレスに対する保護を与え、一方、エルゴステロール膜は流動性と輸送を制御します。これらの層はどちらもヒト細胞には存在しない、あるいは異なる分子を含んでいるため、抗真菌薬の主要な標的となります。

Definition

真菌の細胞壁と膜は、真菌の細胞外被を構成します。これは、キチンとベータグルカン多糖類がマンノプロテインに結合した外側の壁と、動物細胞のコレステロールではなくエルゴステロールを特徴的なステロールとする原形質膜からなります。

Scope

このトピックでは、真菌の細胞壁（キチン、ベータ-1,3-グルカン、ベータ-1,6-グルカン、マンノプロテイン）の分子組成と層状構造、原形質膜におけるエルゴステロールの役割、ストレス下で細胞外被を維持する細胞壁完全性シグナル伝達、およびこれらの構造が選択的な抗真菌標的としてどのように機能するかについて扱います。これは参照生物学であり、臨床的ガイダンスではありません。

Core questions

• 真菌の細胞壁を構成するポリマーは何ですか、またそれらはどのように配置されていますか？
• エルゴステロールはどのようにして真菌膜を宿主膜と区別しますか？
• 細胞はストレス下でどのように細胞壁の完全性を維持しますか？
• 細胞外被のどの成分が選択的な抗真菌標的として利用されていますか？

Key concepts

• キチン
• ベータ-1,3-グルカンおよびベータ-1,6-グルカン
• マンノプロテイン
• 層状の細胞壁構造
• エルゴステロール
• 原形質膜の流動性
• 細胞壁完全性（CWI）シグナル伝達経路
• 選択的抗真菌標的（エルゴステロール、ベータグルカンシンターゼ）

Mechanisms

真菌の細胞壁は層状に構築されています。内側の、機械的負荷を支えるキチン（N-アセチルグルコサミンのポリマー）とベータ-1,3-グルカンの骨格は、ベータ-1,6-グルカンを介して、表面相互作用を媒介する外側のマンノプロテイン層に架橋されています。これらのポリマーは、キチンシンターゼやベータ-1,3-グルカンシンターゼなどの膜結合酵素によって合成されます。細胞壁の下にある原形質膜は、エルゴステロールを主要なステロールとして利用し、膜の流動性と膜タンパク質の活性を決定します。細胞壁が乱されると、細胞壁完全性シグナル伝達経路が表面ストレスを感知し、細胞外被を維持するための代償的なリモデリングと生合成を促進します。

Clinical relevance

いくつかの抗真菌薬クラスがこの細胞外被に作用します。アゾール系薬剤とアリルアミン系薬剤はエルゴステロール生合成を阻害し、ポリエン系薬剤はエルゴステロールに直接結合し、エキノキャンディン系薬剤はベータ-1,3-グルカンシンターゼを阻害します。細胞壁成分は宿主免疫系によっても認識されます。この項目では、これらの構造がなぜ薬剤標的および免疫リガンドとなるのかを説明しますが、投与量や治療に関する推奨事項は提供しません。

Evidence & guidelines

ここでの記述は、真菌の細胞壁および膜生物学に関する現在の総説論文や標準的な真菌学の教科書から引用されており、臨床試験の結果ではなく、メカニズムに関するコンセンサスを要約しています。

History

初期の生化学的研究により、キチンとグルカンが真菌細胞壁の構造ポリマーであり、エルゴステロールが特徴的な膜ステロールであることが確立されました。その後のモデル真菌を用いた分子遺伝学的研究により、合成酵素と細胞壁完全性シグナル伝達経路が特定され、ポリエン系、アゾール系、アリルアミン系、エキノキャンディン系薬剤の臨床開発により、細胞外被の各層が特定の治療戦略と結びつけられました。

Key figures

• Neil A. R. Gow
• Jean-Paul Latge
• David E. Levin

Seminal works

• gow-2017
• levin-2011

Frequently asked questions

真菌の細胞壁は何でできていますか？

主にキチンとベータグルカン（ベータ-1,3-グルカンおよびベータ-1,6-グルカン）がマンノプロテインに架橋されており、細胞に形状と浸透圧保護を与える層状に配置されています。

エルゴステロールが重要なのはなぜですか？

エルゴステロールは真菌膜の主要なステロールであり、動物細胞におけるコレステロールの役割を担っています。コレステロールとは異なるため、いくつかの抗真菌薬クラスの選択的標的となります。