神経軸索・樹状突起の運命決定と神経細胞の極性形成機構

神经轴突和树突的命运决定以及神经元极性形成的机制

• 批准号: 13210066
• 负责人: 貝淵 弘三
• 金额: $ 6.4万
• 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 (C)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13210066/
• 关键词: 神経細胞; 極性形成機構; CRMP-2; microtubules; ASIP

神経細胞は通常一本の軸索と複数の樹状突起という異なる突起を形成し、樹状突起から信号を入力して軸索から信号を出力する。しかし、神経細胞の極性がいかにして形成されるのか、その分子機構はほとんど理解されていない。最近、我々はCollapsin response mediator protein-2(CRMP-2)を一次培養海馬神経細胞に高レベル発現させると、軸索が複数形成されることを見出した。反対にCRMP-2のドミナントネガティヴ体を発現させると、軸索の形成が阻害されて樹状突起のみを持つ神経細胞が生じた。さらに、成長しつつある軸索の遠位側に内在性CRMP-2が濃縮していることも明らかにした。以上の結果は、CRMP-2が神経細胞の極性形成および維持に重要な役割を果たすことを示している。本研究の目的は、CRMP-2を手掛りとして神経細胞の極性形成機構を分子レベルで解明することである。本年度、CRMP-2の作用機構を明らかにする目的で、CRMP-2に特異的に結合する分子をyeast two-hybrid法、アフィニティークロマトグラフィー法及び免疫沈降法により網羅的に検索したところ、tubulin、actin、synaptojanin、copine、ASIP、kinesin、LARG(RhoGEF)などの極めて興味深い分子がCRMP-2に結合することが判明した。同定した結合蛋白質の中でも、tubulinに関して精力的に解析を行った。その結果、CRMP-2は既知のmicrotubules結合蛋白質とは異なり、α-及びβ-tubulinからなるtubulin heterodimerに結合してheterotrimerを形成し、microtubules重合能を著しく高めることを明らかにした。このような形式でmicrotubulesの重合を促進する分子は知られておらず、細胞生物学的にも極めて興味深い。また、我々が同定したCRMP-2結合蛋白質のASIPは線虫からヒトまで保存されている極性決定分子であるとの報告がある。ASIPがCRMP-2と同様に成長しつつある軸索の遠位側に濃縮して存在することも見出した。これらの結果から、CRMP-2による神経細胞の極性形成機構の一部が解明されたと考えられる。従って、平成13年度の研究計画はほぼ達成されたものと考えられる。

神经元通常形成不同的突起，一个轴突和多个树突，并且来自树突的输入信号和来自轴突的输出信号。然而，人们对神经元极性形成的分子机制知之甚少。最近，我们发现，当原代培养的海马神经元表达高水平的 Collapsin 反应介导蛋白 2 (CRMP-2) 时，会形成多个轴突。相反，当CRMP-2的显性失活形式表达时，轴突形成受到抑制，并且产生仅具有树突的神经元。此外，我们发现内源性CRMP-2集中在生长轴突的远端。这些结果表明CRMP-2在形成和维持神经元极性中发挥重要作用。本研究的目的是以CRMP-2为线索，在分子水平上阐明神经元极性形成的机制。今年，为了阐明CRMP-2的作用机制，我们利用酵母二杂交法、亲和​​层析法、免疫沉淀法对CRMP-2特异性结合的分子进行了全面的检索，发现微管蛋白, 非常有趣的分子如肌动蛋白、突触蛋白、copine、ASIP、驱动蛋白和 LARG (RhoGEF) 被发现与 CRMP-2 结合。在已鉴定的结合蛋白中，对微管蛋白进行了积极分析。结果，我们发现CRMP-2与已知的微管结合蛋白不同，它与由α-和β-微管蛋白组成的微管蛋白异二聚体结合形成异三聚体，并显着增强聚合微管的能力。没有已知的分子能够以这种方式促进微管聚合，从细胞生物学的角度来看，这是非常有趣的。此外，据报道，我们鉴定的 CRMP-2 结合蛋白 ASIP 是一种极性决定分子，从秀丽隐杆线虫到人类都是保守的。我们还发现 ASIP 与 CRMP-2 一样，集中在生长轴突的远端。根据这些结果，认为CRMP-2形成神经元极性的机制的一部分已被阐明。因此，认为2001财年的研究计划已基本实现。

项目成果

M.Fukata, K.Kaibuchi: "Rho-family GTPases in cadherin-mediated cell-cell adhesion"Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2. 887-897 (2001)

M.Fukata、K.Kaibuchi：“钙粘蛋白介导的细胞间粘附中的 Rho 家族 GTP 酶”《自然评论分子细胞生物学》。

S.Taya et al.: "Direct interaction of insulin-like growth factor-1 receptor with leukemia-associated RhoGEF"Journal of Cell Biology. 155. 809-820 (2001)

S.Taya 等人：“胰岛素样生长因子 1 受体与白血病相关 RhoGEF 的直接相互作用”细胞生物学杂志。

N.Inagaki et al.: "CRMP-2 induces axons in cultured hippocampal neurons"Nature Neuroscience. 4. 781-782 (2001)

N.Inagaki 等人：“CRMP-2 在培养的海马神经元中诱导轴突”《自然神经科学》。

M.Nakagawa et al.: "Recruitment and activation of Rac1 by the formation of E-cadherin-mediated cell-cell adhesion sites"Journal of Cell Science. 114. 1829-1838 (2001)

M.Nakakawa 等人：“通过形成 E-钙粘蛋白介导的细胞间粘附位点来招募和激活 Rac1”《细胞科学杂志》。