小胞体による細胞外基質のナノ加工作用を発見～分子フィルターなど生物模倣技術の開発に貢献へ～

2026-01-06

2026-01-06 理化学研究所,生命創成探究センター,科学技術振興機構

理化学研究所を中心とする共同研究グループは、昆虫の体表を覆う細胞外基質「クチクラ」に存在するナノメートルサイズの微細構造(ナノポア)が、細胞内小器官である小胞体と細胞膜の相互作用によって形成されることを発見した。ショウジョウバエ嗅覚毛細胞を対象に解析した結果、gore-tex(gox)遺伝子産物が小胞体の分解(オートファジー)を制御し、細胞膜の周期的な湾曲・陥入を誘導することで、クチクラ外側に規則的なナノポアが形成されることが明らかになった。小胞体は従来、分泌物合成の場と考えられてきたが、本研究はナノ構造パターン形成という新たな機能を示すものである。本成果は、生体表面の微細加工原理の理解を深め、分子フィルターや構造色材料などのバイオミメティクス技術開発への応用が期待される。

細胞の内側から見た、陥入した細胞膜(灰緑)と発達した小胞体(マゼンタ)

<関連情報>

小胞体パターン昆虫クチクラナノ構造
Endoplasmic reticulum patterns insect cuticle nanostructure

Sachi Inagaki,Housei Wada,Takeshi Itabashi,Yuki Itakura,Reiko Nakagawa,Lin Chen,Kazuyoshi Murata,Atsuko H. Iwane,Shigeo Hayashi
Journal of Cell Biology Published:December 29 2025
DOI:https://doi.org/10.1083/jcb.202503127

Insect cuticles with nano-level structures exhibit functional surface properties such as the photonic nanocrystal of the butterfly wing scale with structural color and the corneal nipple arrays of superhydrophobic compound eye lens. Despite the enormous influence the cuticle has had on biomimetic industrial applications, cellular mechanisms of cuticular nanopatterning remain poorly understood. Drosophila gore-tex/Osiris23 (gox) controls the formation of nanopores, with a molecular filtering function, on the olfactory organs. Here we used 3D electron microscopy imaging of entire hair structures to show that nanopore is formed through a novel process of bidirectional interaction of the ER and the plasma membrane trafficking. ER-resident protein Gox stimulates ER-phagy through regulation of Ref(2)P, the fly counterpart of the autophagy protein p62/SQSTM1, and initiates endocytosis. Dynamin on the plasma membrane completes endocytosis and sustains ER-phagy. The repurposing of ER-phagy for plasma membrane remodeling and the fabrication of nanoscale ECM structures sheds light on the nanopatterning mechanism of insect cuticles and their genetic control.