Myosin

ミオシンは、モータータンパク質のファミリーであり、しばしばタンパク質複合体を形成し、筋肉の収縮や真核細胞における様々な運動プロセスを駆動することで最もよく知られています。ミオシンはATPに依存し、アクチンフィラメントに沿った運動を担います。最初のミオシン（現在はM2と呼ばれる）は、1864年にWilhelm Kühneによって同定されました。彼は骨格筋から粘性タンパク質を抽出し、それが筋肉の緊張を維持すると考え、ミオシンと名付けました。その後、この用語は、横紋筋および平滑筋組織の両方に見られる類似のATPase群を含むように拡張されました。1973年には、ミオシン様機能を持つ酵素がAcanthamoeba castellaniiで発見され、真核生物界全体にわたる多くの多様なミオシン遺伝子の同定につながりました。ミオシンはかつて筋細胞にのみ存在すると考えられていましたが（そのため、myo-は筋肉を意味します）、実際には遺伝子の大きなスーパーファミリーです。それらのタンパク質産物は、アクチン結合、ATP加水分解（ATPaseとして作用）、および力の伝達という中核的特性を共有しています。ほぼすべての真核細胞はミオシンアイソフォームを含んでいます。一部のアイソフォームは筋肉などの特定の細胞タイプに特化した役割を持ち、他のアイソフォームは普遍的に見られます。ミオシンの構造と機能は種間で高度に保存されており、ウサギの筋肉ミオシンIIがアメーバのアクチンに結合できるほどです。ほとんどのミオシン分子は、頭部、颈部、尾部の3つのドメインを持っています。頭部ドメインはフィラメント状アクチンに結合し、ATP加水分解を利用して力を生成し、フィラメントの有刺（+）端に向かって「歩行」します（ミオシンVIは先端（-）端に向かって移動する点を除く）。颈部ドメインはリンカーおよびレバーアームとして機能し、触媒モータードメインから力を伝達します。また、ミオシン軽鎖（高分子複合体の一部を形成し、通常は調節的役割を持つ別個のタンパク質）に結合することもできます。尾部ドメインは通常、カーゴ分子や他のミオシンサブユニットとの相互作用を媒介し、場合によってはモーター活性の調節を助けます。骨格筋では、複数のミオシンII分子が、ATP加水分解からのエネルギーを燃料とするパワーストローク機構を通じて力を生成します。パワーストロークは、ミオシンがアクチンに強く結合している間に、ATP加水分解後にミオシン分子からリン酸が放出されるときに発生します。この放出は、アクチンに対して引っ張るコンフォメーション変化を引き起こします。ADPの放出は、ミオシンのいわゆる硬直状態（rigor state）をもたらします。新しいATP分子の結合は、ミオシンをアクチンから解放します。ミオシン内でのATP加水分解は、その後ミオシンを再びアクチンに結合させ、サイクルを繰り返します。多くのパワーストロークの複合効果は、筋肉の収縮を引き起こします。真核生物の門全体にわたる多種多様なミオシン遺伝子は、発見された際に異なる命名法で命名されたため、生物内および生物間でのミオシン機能を比較する際に命名法が混乱を招く可能性があります。骨格筋ミオシンは、筋線維に豊富に存在するため最も顕著であり、最初に発見されました。それはサルコメアの一部を形成し、複数のミオシンサブユニットからなる高分子フィラメントを作り出します。同様のフィラメント形成ミオシンは、後に心筋、平滑筋、および非筋細胞でも発見されました。1970年代以降、研究者らは単純な真核生物において、クラスIミオシンと呼ばれる単量体タンパク質をコードする新しいミオシン遺伝子を発見しました。これらは「非在来型ミオシン（unconventional myosins）」と呼ばれ、筋肉以外の多くの組織で発見されています。これらは、頭部ドメインのアミノ酸配列を比較することに由来する系統発生関係に基づいてクラスに分類され、各クラスにはローマ数字が割り当てられています。非在来型ミオシンはまた、多様な尾部ドメインを持ち、独自の機能を示唆しています。多様なミオシンの配列は、おそらく祖先の前駆体から進化したものです。ミオシンのアミノ酸配列の分析は、尾部ドメイン間の大きな多様性を示す一方で、頭部ドメイン配列の強力な保存を示しています。これにより、ミオシンはその尾部を介して多くの異なるカーゴと相互作用することが可能になる一方、アクチンフィラメントに沿って移動するという共通の目標は同じモーター機構を必要とします。例えば、ヒトゲノムには40以上の異なるミオシン遺伝子が含まれています。形状の違いはまた、ミオシンがアクチンフィラメントに沿って移動する速度を決定します。ATP加水分解とリン酸放出はパワーストロークを引き起こし、レバーアーム（颈部領域）を前方に引きずります。パワーストロークは常にレバーアームを同じ角度だけ動かすため、レバーアームの長さが、カーゴがアクチンフィラメントに対して移動する距離を決定します。レバーアームが長いほど、1歩あたりの距離が大きくなります。これは、脚の長い人がより大きな歩幅で歩くのと同じです。ミシンモーターの速度は、ATP結合からADP放出までの完全な動的サイクルを完了する速さに依存します。ミオシンIは、単量体として機能し、小胞輸送に関与するユビキタスな細胞タンパク質です。ステップサイズは10 nmであり、内耳の有毛細胞の不動毛（stereocilia）の適応応答に関与すると考えられています。