モータータンパク（分子機械）
モータータンパク質は、動物細胞の細胞質を移動することができる分子モーター（分子機械）の一種である。モータータンパク質は、ATPの加水分解によって化学エネルギーを力学的な力に変換する。
細胞におけるモータータンパクの機能
モータータンパク質の最も有名な例は、動物の筋繊維を収縮して動かす筋肉タンパク質のミオシンである。モータータンパク質は、細胞質内のタンパク質や小胞のほとんどの活発な輸送の原動力となっている。キネシンと細胞質ダイニンは、軸索輸送などの細胞内輸送や、紡錘体装置の形成、有糸分裂や減数分裂の際の染色体の分離などに重要な役割を果たしている。軸索ダイニンは、繊毛や鞭毛に存在し、精子などの細胞運動や、気管などの液体輸送に重要な役割を果たしている。
細胞骨格モータータンパク質
細胞骨格を利用して運動するモータータンパク質は、その基質によって、マイクロフィラメントと微小管の2つに分類される。ミオシンなどのアクチンモーターは、アクチンとの相互作用によってマイクロフィラメント上を移動し、ダイニンやキネシンなどの微小管モーターは、チューブリンとの相互作用によって微小管上を移動する。微小管モーターには、細胞内の微小管ケーブルに沿って「歩く」方向によって、プラス端モーターとマイナス端モーターの2つの基本タイプがある。
アクチンモーター
ミオシン
ミオシンは、ATPという化学的エネルギーを機械的エネルギーに変換して、力や動きを生み出すアクチンモータータンパク質のスーパーファミリーである。最初に同定されたミオシンであるミオシンIIは、筋肉の収縮を引き起こす役割を果たしている。ミオシンIIは、モーターヘッドを持つ2本の重鎖と2本の軽鎖からなる細長いタンパク質である。各ミオシンヘッドには、アクチン結合部位とATP結合部位がある。ミオシンヘッドはATPを結合して加水分解し、アクチンフィラメントのプラス端に向かって歩くためのエネルギーを供給する。ミオシンIIは、細胞分裂のプロセスにも不可欠である。例えば、筋肉を持たないミオシンIIの双極性太フィラメントは、細胞分裂の際に細胞を2つの娘細胞に分割するのに必要な収縮力を提供する。ミオシンII以外にも多くの種類のミオシンが、筋肉を持たない細胞の様々な動きに関与している。また、ミオシンは、細胞内の組織化や細胞表面のアクチンを多く含む構造体の突出に関与している。ミオシンXIは、細胞内のマイクロフィラメントネットワークに沿って移動することで、オルガネラや細胞質を特定の方向に移動させる細胞質ストリーミングに関与している。
微小管モーター
キネシン
キネシンは、微小管の軌道を利用して前進するモータータンパク質の一群である。細胞分裂時の紡錘体形成や減数分裂時の染色体分離に不可欠であり、真核細胞内のミトコンドリア、ゴルジ体、小胞の移動にも関与している。キネシンは、1つの活性モーターにつき2本の重鎖と2本の軽鎖を持つ。重鎖の2つの球状頭部モータードメインは、ATP加水分解の化学エネルギーを力学的な力に変換し、微小管に沿って移動することができる。一般的に、N末端にモータードメインを持つキネシンは、細胞周辺部にある微小管のプラス端に向かって貨物を移動させ、C末端にモータードメインを持つキネシンは、核にある微小管のマイナス端に向かって貨物を移動させる。14種類のキネシンファミリーが知られており、これらのファミリーに分類されないキネシン様タンパク質も存在する。
ダイニン
ダイニンは、逆行性のスライド運動を行う微小管モーターである。ダイニン複合体は、キネシンやミオシンモーターよりもはるかに大きく、複雑である。ダイニンは、2〜3本の重鎖と、それに付随する多数の軽鎖から構成される。ダイニンは、核に近い微小管組織化センターにある微小管のマイナス端に向かって細胞内の輸送を促進する。軸索ダイニンは、微小管を迅速かつ効率的にスライドさせることで、繊毛や鞭毛の運動を促進する。細胞質ダイニンは、細胞内の荷物の運搬がその役割である。軸索ダイニンは15種類あるのに対し、細胞質ダイニンは2種類しか知られていない。
モータータンパク質の機能異常に関連する疾患
細胞におけるモータータンパク質の重要性は、その機能が発揮されない場合に明らかになる。例えば、キネシンの欠損は、シャルコー・マリー・トゥース病や一部の腎臓病の原因とされている。ダイニンがないと繊毛が機能しないため、ダイニンの機能不全は気道の慢性感染症を引き起こす可能性がある。また、多くのミオシン欠損症が、遺伝的症候群と関連している。ミオシンIIは筋肉の収縮に不可欠であるため、筋肉のミオシンが欠損するとミオパチーを引き起こす。また、ミオシンは聴覚に必要であり、有毛細胞の聴毛（stereocilia）の成長に関与しているため、ミオシンのタンパク質構造の異常はアッシャー症候群や非症候群性難聴の原因となる。
この記事の著者：仲田洋美医師
医籍登録番号 第371210号
日本内科学会 総合内科専門医 第7900号
日本臨床腫瘍学会 がん薬物療法専門医 第1000001号
臨床遺伝専門医制度委員会認定 臨床遺伝専門医 第755号
プロフィール
この記事の筆者：仲田洋美（医師）
