リソソーム、エンドソーム、および分解

リソソームは、酸性で加水分解酵素に満たされた細胞の主要な分解区画として機能し、エンドソーム系およびオートファジーを介して送達された物質を分解します。リソソームに供給するエンドソームは、内部に取り込まれた貨物を選別し成熟させますが、リソソーム自体は現在、リサイクルセンターとしてだけでなく、栄養素を感知しクリアランスを調整するシグナル伝達ハブとしても認識されています。

Definition

リソソームは、膜に囲まれた細胞小器官であり、加水分解酵素が豊富な酸性の内腔を持ち、エンドソーム経路およびオートファジーを介して送達された高分子を分解し、その分解産物をリサイクルするとともに、細胞の栄養素感知およびシグナル伝達の中心として機能します。

Scope

本項目では、エンドソームの選別と成熟経路、リソソームの生合成と酸性加水分解酵素環境、貨物がリソソームに到達する経路（エンドサイトーシス、ファゴサイトーシス、オートファジー）、および栄養素感知と恒常性シグナル伝達におけるリソソームの役割について扱います。これは細胞生物学および組織学の参照トピックであり、臨床的ガイダンスではありません。

Core questions

• 細胞表面で内部に取り込まれた貨物は、エンドソームを経てリソソームへとどのように成熟するのでしょうか？
• 酸性で加水分解性のリソソーム環境はどのように生成され、維持されるのでしょうか？
• オートファジーは細胞内物質を分解のためにどのように送達するのでしょうか？
• リソソームは栄養素をどのように感知し、細胞代謝を調整するためにシグナルを送るのでしょうか？

Key concepts

• 初期エンドソームと後期エンドソーム
• エンドソームの成熟と選別
• リソソーム酸性加水分解酵素とV-ATPase
• オートファジーとオートファゴソーム
• ファゴサイトーシスとヘテロファジー
• 加水分解酵素のマンノース-6-リン酸ターゲティング
• リソソームの栄養素感知とシグナル伝達

Key theories

オートファジー

細胞は、細胞質成分や損傷した細胞小器官を二重膜のオートファゴソーム内に隔離し、これらがリソソームと融合して分解されます。これにより、ストレスや栄養欠乏下での自己再生と生存が可能になります。

シグナル伝達ハブとしてのリソソーム

分解を超えて、リソソーム表面はアミノ酸の利用可能性を感知し、栄養シグナルを統合します。これは、リソソームでのmTORC1活性化に代表され、この細胞小器官を成長およびクリアランスプログラムと結びつけます。

Mechanisms

エンドサイトーシスによって取り込まれた物質は初期エンドソームに入り、そこで貨物は表面へのリサイクルまたは分解のために選別されます。分解 destined の貨物は、エンドソームが成熟し、酸性化し、最終的にその内容物をリソソームに送達するにつれて保持されます。リソソーム加水分解酵素は分泌経路で合成され、送達のためにタグ付けされ、液胞プロトンポンプによって維持される酸性の内腔に濃縮され、そこでタンパク質、脂質、核酸、炭水化物を分解します。細胞内成分はオートファジーによってリソソームに到達します。オートファジーでは、二重膜のオートファゴソームが細胞質と細胞小器官を包み込み、リソソームと融合します。リソソーム膜はまた、栄養状態を感知し、細胞のクリアランスを成長と代謝と協調させるシグナル伝達のプラットフォームとして機能します。

Clinical relevance

個々のリソソーム酵素の欠損はリソソーム蓄積症を引き起こし、オートファジーおよびリソソームシグナル伝達の調節不全は神経変性、代謝性疾患、および老化に関与しています。本項目は、関連する正常な分解およびシグナル伝達メカニズムを記述するものであり、個々の診断または治療の決定の根拠となるものではありません。

History

リソソームは、1950年代にクリスチャン・ド・デューブによって細胞分画を通じて発見されました。これにより、潜在的な酸性加水分解酵素が詰まった粒子が明らかになり、彼は後にそれを命名し、1974年のノーベル賞を共有しました。大隅良典によるオートファジーの分子解明（2016年のノーベル生理学・医学賞を受賞）と、後にリソソームがシグナル伝達の中心であることが確立された研究は、この細胞小器官の役割に対する理解を再構築しました。

Key figures

• Christian de Duve
• Daniel Klionsky
• Yoshinori Ohsumi
• Andrea Ballabio
• David Sabatini

Seminal works

• klionsky2000
• mizushima2008
• saftig2009

Frequently asked questions

エンドソームとリソソームの違いは何ですか？

エンドソームは、内部に取り込まれた物質を受け取り、その運命を決定する選別および成熟区画であるのに対し、リソソームは、加水分解酵素が実際に送達された貨物を分解する終末の高度に酸性の区画です。

オートファジーはリソソームをどのように利用しますか？

オートファジーでは、二重膜のオートファゴソームが細胞質物質や損傷した細胞小器官を包み込み、リソソームと融合します。リソソームの加水分解酵素が内容物を分解し、リサイクルします。