ストレスファイバー（）は、筋肉以外の細胞にみられる収縮性のアクチン束である。ストレスファイバーは主にアクチンと非筋ミオシンII（NMMII）によって構成されており、さらにα-アクチニンなどさまざまな架橋タンパク質を有することで高度に調節されたアクトミオシン構造が形成されている。ストレスファイバーは細胞の収縮性に重要な役割を果たしていることが示されており、細胞接着、遊走、形態形成など多くの機能において、その機能に必要な力を生み出している。
構造
ストレスファイバーは主にアクチンとミオシンによって構成されている。アクチンは約43 kDaの球状タンパク質で、重合することで長いフィラメント構造を形成する。このアクチンフィラメントは、アクチン単量体が連結された2本の鎖（プロトフィラメント）が互いに巻きついた形状をしている。アクチン単量体は対称的な分子ではないため、アクチンフィラメントにはアクチン単量体構造に由来する極性が存在し、フィラメントの一方の端では他方よりも急速に重合が行われる。より速く重合が行われる端は+端（プラス端）、他方は-端（マイナス端）と呼ばれる。通常、ストレスファイバーは10本から30本のアクチンフィラメントから構成されている。ストレスファイバー内のアクチンフィラメントは逆平行に並んでおり、すなわちアクチンフィラメントは長さ方向に平行に束化されており、束の両端には+端と-端が混在した状態となっている。この逆平行型配置は、逆平行型のアクチン結合ドメインを有するアクチンフィラメント架橋タンパク質であるα-アクチニンの存在によって強化されている。そしてこうしたアクチン束がNMMIIによって架橋されることで、ストレスファイバーは形成されている。
重合と調節
RhoファミリーのGTPアーゼは、ストレスファイバーの形成を含む、アクチン細胞骨格ダイナミクスの多くの面を調節している。（単にRhoと呼ばれることもある）はストレスファイバーの形成を担っており、その活性は1992年にRidleyとHallによって発見された。GTP結合型のRhoは、Rhoキナーゼ（ROCK）やmDiaを活性化する。mDiaはの一種であり、アクチンフィラメントの核形成と重合を行う。ROCKは、ミオシン軽鎖ホスファターゼ（MLCP）やミオシン軽鎖（MLC）をリン酸化し、MLCPを不活性化するとともにミオシンを活性化する。その結果として活性型ミオシンが蓄積し、mDiaによって重合されたアクチンフィラメントに結合することでストレスファイバーが形成される。さらに、ROCKはLIMキナーゼをリン酸化して活性化する。LIMキナーゼはコフィリンをリン酸化して不活性化し、アクチンフィラメントの解体と再生を防ぐことでストレスファイバーの完全性を維持する役割を果たす。
役割 ストレスファイバーは細胞が機能するために次のような役割を果たしている。
接着 ストレスファイバーは、アドヘレンスジャンクション、タイトジャンクション、といった細胞-細胞間接着や細胞-細胞外マトリックス間接着の形成と維持に必要である。
アドヘレンスジャンクション アドヘレンスジャンクションは、カドヘリンやを介して行われる細胞-細胞間接着の一種である。ストレスファイバーは、カドヘリン依存的、ネクチン依存的な細胞間接触の維持に重要な役割を果たしており、RhoファミリーのGTPアーゼがアドヘレンスジャンクションの構造や完全性を調節していることが明らかにされている。α-カテニンおよびβ-カテニンはアドヘレンスジャンクションの重要な構成要素であり、互いに結合してカドヘリン/α-カテニン/β-カテニン複合体を形成している。初期の研究ではα-カテニンがアクチンフィラメントと相互作用する可能性が示されており、アクチン骨格をアドヘレンスジャンクションへ連結しているのはα-カテニンであると考えられていた。しかしながら、α-カテニンがF-アクチンに結合するのはβ-カテニンやカドヘリンが結合していないときだけであることが後に判明した。α-カテニンは、、ビンキュリンと結合することが示されている。EPLINはアクチンフィラメントの束化と安定化を促進することが示されており、ビンキュリンは接着分子とアクチン骨格との連結に関与している。アクチンフィラメントはこの機構によってアドヘレンスジャンクションへリクルートされている可能性がある。
タイトジャンクション タイトジャンクションは、組織内もしくは組織間の半透過性バリアの形成において最も重要な細胞構成要素である。タイトジャンクションは、細胞間接触を形成するクローディンやオクルディン、そしてアクチン骨格への連結を担う、、といったタンパク質から主に構成されている。しかしながら、タイトジャンクションはフォーカルアドヒージョンやアドヘレンジャンクションのように、ストレスファイバーへ直接連結されていることは示されていない。
フォーカルアドヒージョン フォーカルアドヒージョンは細胞を細胞外マトリックスへ連結するために用いられる多分子複合体であり、細胞外マトリックスと結合するインテグリンの層、力の伝達のための膜結合層、そしてストレスファイバーを構成するアクチンの層という、機能的に3層の構造となっている。フォーカルアドヒージョンは（機械的シグナルの伝達）や細胞遊走に大きな役割を果たしている。通常はフォーカルアドヒージョンはストレスファイバーへ連結されており、フォーカルアドヒージョンの維持にはストレスファイバーの収縮性が必要である。
遊走
多くの細胞において必要不可欠な特徴として、特定の機械的刺激に対する遊走（）や化学的刺激に対する遊走（走化性）が挙げられる。細胞遊走は、、Rac、という3種類のRhoファミリーGTPアーゼの協調的作用によって行われている。Racは、Cdc42はの形成をそれぞれ引き起こし、細胞遊走を促進する。遊走中の細胞には、 ventral stress fiber、transverse arc、dorsal stress fiberと呼ばれる3種類の主要なストレスファイバーが存在する。Ventral stress fiberは両端がフォーカルアドヒージョンに結合しており、細胞の腹側表面に位置して接着と収縮の機能を担っている。Transverse arcはフォーカルアドヒージョンと直接的には連結されておらず、一般的には細胞の先導端から中心部へ戻るように移動する。Dorsal stress fiberは細胞の先導端に位置しており、細胞の背側表面のフォーカルアドヒージョンから腹側方向に伸び、細胞中心部へ向かってtransverse arcを結合する。遊走時には、ストレスファイバー内のアクチンフィラメントはアクチン求心性流動（retrograde actin flow）過程によってリサイクルされている。フォーカルアドヒージョン自体が解体される機構については十分な理解は得られていない。
形態形成
細胞レベルでの形態形成は、細胞に明確な形状をもたらすこと、もしくは細胞の構造を決定することとして定義される。細胞が特定の形態形成を行い、特定の形状となる際には、アクチン骨格を含む細胞骨格の組み立てが決定的な役割を果たしている。例を挙げると、細胞を一周するように形成されるアドヘレンスジャンクションによる収縮性のアクチンベルトは細胞の形態形成に寄与しており、上述のdorsal stress fiber、 transverse arc、ventral stress fiberも遊走時の細胞形態の決定に役立っている。
メカノトランスダクション メカノトランスダクションにおいては、アクチンフィラメントと微小管の双方が大きな役割を果たしている。アクチン骨格に関しては、細胞-細胞外マトリックス間接着部位ではフォーカルアドヒージョンを介して、細胞-細胞間接着部位ではアドヘレンスジャンクションを介して、それぞれメカノトランスダクションが行われている。細胞外から細胞内への力の伝達は、接着部位の成熟や解体を制御したり、細胞の挙動を変化させる細胞内シグナル伝達カスケードを開始したりする。そして、細胞が機械的ストレスに曝された際にはストレスファイバーが組み立てられることが知られている。硬い基質の上で生育する細胞では太いストレスファイバーがみられるのに対し、より軟らかな基質の上で生育する細胞ではあまり明確ではない。ストレスファイバーによってフォーカルアドヒージョンへ伝達される機械的力はやタリンなど機械感受性のフォーカルアドヒージョンタンパク質のコンフォメーション変化を引き起こすことから、ストレスファイバーの収縮性が機械的シグナルを生化学的シグナルへ変換している可能性が示唆されている。また、フォーカルアドヒージョンに結合したインテグリンの一部はperinuclear actin capと呼ばれる細胞核周囲アクチン骨格メッシュ構造とつながっており、によって係留されている。こうしたアクチンキャップと連結されたフォーカルアドヒージョンが機械受容を媒介する主要な因子となっていることが確立されており、機械的シグナルをフォーカルアドヒージョンから核へ直接伝達する経路となっている。
運動性細胞と非運動性細胞におけるストレスファイバーの差異 ストレスファイバーの構造は、運動性の細胞と非運動性の細胞とでは異なっている。両者のストレスファイバーは、どちらもα-アクチニンによって架橋されたアクチンフィラメントとミオシンIIを含むという点では類似しているが、ストレスファイバー内の個々のアクチンフィラメントの空間的配置は異なっている。運動性細胞の腹側領域のストレスファイバーでは、+端が細胞の進行方向を向いているアクチンフィラメントの割合がラメリポディアに近づくにしたがって増大するという、ストレスファイバーの長軸に沿った段階的極性がみられる。一方、非運動性細胞の腹側領域のストレスファイバーではと類似した、極性の周期的変化がみられる。
出典