神経細胞の極性形成機構の解明

阐明神经元极性形成机制

• 批准号: 16015253
• 负责人: 貝淵 弘三
• 金额: $ 4.48万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16015253/
• 关键词: 極性; 神経細胞; CRMP-2; GSK-3β; STEF; PRA-3; Cdc42; Rac

生体を構成する種々の細胞はその固有の機能を発揮するために極性を獲得する。具体的な例として、軸索及び樹状突起という極性の異なる突起を有する神経細胞などが挙げられる。しかしながら、これらの細胞がどのようにして極性を獲得するか、その分子機構は現時点ではほとんど理解されていない。以上の状況を踏まえて、本研究では、神経細胞及び上皮系細胞の細胞極性を制御する細胞外シグナルやその伝達メカニズムを明らかにすることを目的とする。我々はcollapsin response mediator protein-2(CRMP-2)が軸索/樹状突起の運命決定を担い、極性形成や軸索伸長に重要な役割を果たすことを提唱している。昨年度、ラミニンなどの接着分子の下流でPI3-kinaseが神経突起先端で活性化され、産生されたPIP3によって未成熟な神経突起が軸索へ運命決定されることを示した。さらに、PAR-3がKIF3によって、未成熟な神経突起の先端に輸送され、神経細胞の極性を制御することを報告した。本年度は、1)PI3-kinase/PIP3系とCRMP-2の関係を明らかにすることを目的に解析を進めたところ、GSK 3betaがCRMP-2をリン酸化して不活性化すること、PIP3が産生されるとAktを介してGSK 3betaがリン酸化されて不活性化されることを見出した。また、GSK 3betaの阻害剤等でCRMP-2のリン酸化レベルを下げると通常一本の神経軸索が複数本形成される事が明らかになった。以上の結果より、神経細胞の軸索形成、及び極性形成にGSK 3betaによるCRMP-2のリン酸化が重要な役割を果たしていると考えられる。また、2)CRMP-2は微小管モーターであるKinesin-1の軽鎖であるkinesin light chain(KLC)と直接結合し、軸索の先端に輸送されることを見出した。KLCの機能をsiRNAによって抑制すると、CRMP-2の軸索先端での濃縮が減少し、軸索の形成不全、及び神経極性に異常が見られることが明らかとなった。Kinesin-1はCRMP-2等の極性形成分子の輸送を介して極性形成に重要な役割を果たすと考えられる。さらに、3)PAR-3の上流または下流のシグナル伝達分子については不明であったが、今回我々は、PAR-3がRac1-特異的GDP/GTP交換因子であるSTEFと結合して活性化することを見出した。PAR-3は神経軸索の先端でSTEFを介してRacの活性を調節して神経極性を制御している可能性あると考えられる。本年度の成果は細胞極性形成機構を理解する上で極めて重要である。従って本年度の研究計画はほぼ達成することができたと考えている。

组成生物体的各种细胞获得极性以执行其独特的功能。具体的例子包括具有不同极性突起的神经细胞，称为轴突和树突。然而，目前人们对这些细胞获得极性的分子机制知之甚少。基于上述情况，本研究的目的是阐明神经元和上皮细胞中控制细胞极性的细胞外信号及其传递机制。我们提出塌陷反应介导蛋白 2 (CRMP-2) 负责决定轴突/树突的命运，并在极性形成和轴突伸长中发挥重要作用。去年，我们发现 PI3 激酶在层粘连蛋白等粘附分子下游的神经突尖端被激活，产生的 PIP3 决定了未成熟神经突向轴突的命运。此外，我们报道了 PAR-3 通过 KIF3 转运到未成熟神经突的尖端并控制神经元极性。今年，我们针对1）阐明PI3-kinase/PIP3系统与CRMP-2之间的关系进行了分析，发现GSK 3beta磷酸化并灭活CRMP-2，而PIP3一旦产生，我们发现GSK 3beta被 Akt 磷酸化并失活。此外，已经表明，当用GSK 3β抑制剂降低CRMP-2的磷酸化水平时，通常会形成多个神经轴突。从以上结果可以认为，GSK 3β对CRMP-2的磷酸化在神经元的轴突形成和极性形成中发挥重要作用。我们还发现2）CRMP-2直接与驱动蛋白轻链（KLC）（微管马达驱动蛋白-1的轻链）结合，并被运输到轴突尖端。研究表明，当KLC功能被siRNA抑制时，轴突尖端CRMP-2的浓度降低，导致轴突畸形和神经极性异常。人们认为，Kinesin-1 通过运输极性形成分子（例如 CRMP-2）在极性形成中发挥重要作用。此外，3）PAR-3上游或下游的信号分子是未知的，但在这里我们发现PAR-3结合并激活STEF，这是我发现的一种Rac1特异性GDP/GTP交换因子。据认为，PAR-3 可能通过神经轴突尖端的 STEF 调节 Rac 活性来控制神经元极性。今年获得的结果对于理解细胞极性形成机制极其重要。因此，我相信我们今年的研究计划已经基本完成了。

项目成果

PAR-6-PAR-3 mediates Cdc42-induced Rac activation through the Rac GEFs STEF/Tiaml.

PAR-6-PAR-3 通过 Rac GEF STEF/Tiaml 介导 Cdc42 诱导的 Rac 激活。

• 发表时间: 2005
• 期刊: Nat Cell Biol 7
• 作者: Nishimura;T.;et al.
• 通讯作者: et al.

GSK-3beta regulates phosphorylation of CRMP-2 and neuronal polarity.

GSK-3beta 调节 CRMP-2 的磷酸化和神经元极性。

• 发表时间: 2005
• 期刊: Cell 120
• 作者: Yoshimura;T.;et al.
• 通讯作者: et al.

Rho-kinase and myosin II activities are required for cell type and environment specific migration

• DOI: 10.1111/j.1365-2443.2005.00823.x
• 发表时间: 2005-02-01
• 期刊: GENES TO CELLS
• 影响因子: 2.1
• 作者: Nakayama, M;Amano, M;Kaibuchi, K
• 通讯作者: Kaibuchi, K