繊毛内物質輸送を制御する低分子量G蛋白質の同定と分子基盤の解明

• Project/Area Number: 20659009
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biological pharmacy
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堅田 利明 The University of Tokyo, 大学院・薬学系研究科, 教授 (10088859)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2009: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2008: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: シグナル伝達 / G蛋白質 / Gサイクル / ゲノムプロジェクト / 繊毛内輸送 / 遺伝子 / 織毛内輸送

Research Abstract

繊毛は多くの脊椎動物の細胞に存在し、細胞の運動性や感覚受容において重要な役割を果たしている。繊毛の形成・維持は、微小管を介した繊毛内物質輸送システム(intraflagellar transport : IFT)によるが、その詳細な制御機構に関しては未解明な部分が多い。申請者らは、ある種の低分子量G蛋白質がIFTにおいて必須の役割を担う可能性を想定し、網羅的なプロモーター解析から線虫の繊毛で特異的に発現すると考えられる低分子量G蛋白質を数種同定した。平成21年度はこれらの分子の中で主に小胞輸送・膜融合に関与するArf/Arlファミリーに属する低分子量G蛋白質Arl13および繊毛性疾患Bardet-Biedl症候群(BBS)の原因遺伝子として同定されたArl6について解析し、以下の知見を得た。
1.Arl6、Arl13は実際に線虫の繊毛に発現しており、線虫Arl13変異体では、繊毛の異常に起因すると考えられる行動の減少と蛍光色素の取込み異常を見出した。Arl13のヒトホモログであるArl13bは、N末端に存在するArf/Arl相同領域に加えて、約200アミノ酸からなるC末端領域(コイルドコイルモチーフやプロリンに富む領域を含む)を有するというユニークな一次構造を示す。このArl13bも哺乳動物細胞の繊毛に限局して局在するが、Arl13bのN末端のパルミトイル化とC末端に存在するRVxPモチーフがその繊毛局在性に重要であることを見出した。線虫での知見と合わせると、哺乳動物細胞においてもArl13bがIFTにおいて必須の役割を担う可能性が示唆された。2.生化学的な実験から、BBS患者で見出されたアミノ酸置換変異が、これまでに知られている様式とは全く異なった機構で、Arl6のグアニンヌクレオチド結合特性を変化させることを見出した。

Research Products

• [Journal Article] Joubert syndrome Arl13b functions at ciliary membranes and stabilizes protein transport in Caenorhabditis elegans. (2010)
  • Author(s): Cevik S, Hori Y, et al.
  • Journal Title: J.Cell Biol. 188(6) Pages: 953-969
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biochemical characterization of missense mutations in the Arf/Arl-family small GTPase Arl6 causing Bardet-Biedl syndrome. (2009)
  • Author(s): Kobayashi T., et al.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. 381 Pages: 439-442
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arf-like protein 13B (2009)
  • Author(s): Kontani K, Hori Y, Katada T.
  • Journal Title: Nature Molecule Pages(Published online) doi : 10.1038/mp.a003975.01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biochemical characterization of missense mutations in the Arf/Ar1-family small GTPaseArl6 causing Bardet-Biedl syndrome. (2009)
  • Author(s): Kobayashi T, et al.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. 381 Pages: 439-442
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Domain architecture of the atypical Arf-family GTPase Arl13b involved in cilia fomation. (2008)
  • Author(s): Hori Y, et al.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. 373 Pages: 119-124
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 繊毛に局在するG蛋白質Arl13bの性状解析 (2009)
  • Author(s): 堀裕次, 他
  • Organizer: 第61回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋・名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2009-06-04
• [Presentation] Characterization of mutations in the Arf/Arl-family small GTPase Arl6 causing Bardet-Biedl syndrome. (2008)
  • Author(s): Hori Y, et al.
  • Organizer: 第60回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2008-06-30
• [Remarks]
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~seiri
• [Remarks]
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~seiri