細胞は、さまざまな小器官を持つ高度に組織化された空間です。細胞質全体にわたって必要な酵素や構造タンパク質をただ合成するだけではなく、「どこに」「いつ」「どのように」届けるかという点も極めて重要です。本記事では『Molecular Biology of the Cell（Alberts）』第12章の内容をもとに、タンパク質の「ソーティング」＝仕分けと輸送の仕組みについてまとめます。
1. 細胞内区画（コンパートメント）の概要
細胞内には、脂質二重膜で仕切られた多様な小器官があります。それぞれが特定の機能を担っており、例として以下のような構造があります。
- 核（Nucleus）：DNAを保持し、RNAの転写が行われる。
- 粗面小胞体（Rough ER）：膜タンパク質や分泌タンパク質の合成。
- 滑面小胞体（Smooth ER）：脂質合成やカルシウム貯蔵。
- ゴルジ体（Golgi apparatus）：タンパク質の修飾・仕分け。
- ミトコンドリア・葉緑体：エネルギー代謝（ATP合成）。
- エンドソーム・リソソーム：物質の取り込みと分解。
- ペルオキシソーム：酸化的分解と毒性物質の処理。
2. タンパク質ソーティングの3つの主要経路
タンパク質の合成後、それを適切な場所に送るには「目印（シグナル）」が必要です。ソーティングの主な経路は以下の3つです。
① ゲーティッドトランスポート（Gated Transport）
- 核⇄細胞質間の輸送でみられる仕組み。
- 核膜孔複合体を通して、大型タンパク質は**核移行シグナル（NLS）**を介して輸送されます。
② トランスロケーション（Transmembrane Transport）
- タンパク質が小胞体、ミトコンドリア、ペルオキシソームなどの膜を**トランスロコン（translocon）**を通じて通過する。
- 翻訳の途中または後に起こり、「未フォールディング状態」で輸送される。
③ 小胞輸送（Vesicular Transport）
- ERからゴルジ体、リソソーム、細胞膜などへの小胞によるシャトル輸送。
- **コートタンパク質（例：COPI, COPII, Clathrin）**により小胞が形成され、目的地に向かいます。
3. シグナル配列とその役割
タンパク質が目的地にたどり着くための「郵便番号」とも言えるのがシグナル配列です。
| 行き先 | シグナル配列の特徴 |
|---|---|
| ER | N末端に疎水性のシグナルペプチド（除去される） |
| 核 | NLS（塩基性アミノ酸が並ぶ） |
| ミトコンドリア | N末端のミトコンドリアターゲティング配列 |
| ペルオキシソーム | C末端のSKL配列（Ser-Lys-Leu） |
これらの配列がリーダーとなって、専用の受容体と結合し輸送されます。
4. 小胞輸送の方向性と選択性
小胞による輸送では、輸送先の認識と融合の精度が重要です。
- SNAREタンパク質：V-SNARE（小胞側）とT-SNARE（標的膜側）が対になることで、正確な融合が可能に。
- Rabタンパク質：小胞の「住所コード」。特定のRabが特定の膜上に存在し、融合先の選別に関与します。
- COPII小胞：ER→ゴルジ
- COPI小胞：ゴルジ→ER（リサイクル）
- クラトリン小胞：膜→エンドソームなど
5. 臨床や研究の現場との関連性
この「タンパク質の輸送と仕分け」の仕組みは、実は多くの疾患や治療開発に深く関わります。
- リソソーム病（例：I-cell disease）：酵素がリソソームに届かず細胞内に蓄積。
- がんや神経変性疾患：タンパク質輸送異常が原因になることも。
- 遺伝子治療：目的の細胞内小器官へ正確にタンパク質を送るため、シグナル配列が利用される。
まとめ
細胞内でのタンパク質のソーティングは、想像以上に精密な「物流システム」です。翻訳されたタンパク質が、必要な場所に正確に届けられることで、細胞の秩序が保たれています。生命現象の根本にあるこの仕組みを理解することは、基礎研究だけでなく病態理解や創薬にも大きく貢献するでしょう。