Coupling of membrane traffic and cytoskeleton remodeling in the regulation of cell motility

• Project/Area Number: 22390013
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Biological pharmacy
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: NAKAYAMA Kazuhisa 京都大学, 大学院・薬学研究科, 教授 (40192679)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2012: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2011: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2010: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: メンブレントラフィック / 小胞輸送 / 細胞骨格 / 細胞運動 / 細胞分裂 / 低分子量GTPase / 細胞質分裂 / Arfaptin / Arl1 / Rac1 / BARドメイン

Research Abstract

Cell motility and cell division are under coordinated regulation of membrane traffic and actin cytoskeleton remodeling. The Arf and Rab families of small GTPases regulate membrane traffic, and the Rho family small GTPases regulate cytoskeleton remodeling. In this study, we showed that Arfaptins, which are dual effectors of Arl1 and Rac1, are recruited onto trans-Golgi membranes through interacting with Arl1, and induce membrane tubulation in an Arl1-dependent manner. X-ray crystal structure of the Arl1-Arfaptin-2 complex revealed the molecular basis for the membrane recruitment of Arfaptin-2 and indicated a possibility that Arl1 and Rac1 compete with each other for binding to Arfaptin-2.On the other hand, we showed that Arf6 is recruited to the Flemming body during cytokinesis through interacting with MLKP1, which forms a complex with MgcRacGAP, and is involved in regulation of cytokinesis. Furthermore, We revealed the structure of the Arf6-MKLP1 complex by X-ray crystallography and suggested the molecular basis for recruitment of Arf6 onto the Flemming body. We further showed that EFA6, an Arf-GEF, is involved in local activation of Arf6 during cytokinesis.

Research Products

• [Journal Article] EFA6 activates Arf6 and participates in its targeting to the Flemming body during cytokinesis (2013)
  • Author(s): Ueda T, Hanai A, Takei T, Kubo K, Ohgi M, Sakagami H, Takahashi S, Shin HW, Nakayama K
  • Journal Title: FEBS Lett Volume: 583 Issue: 11 Pages: 1617-1623
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2013.03.042
  • NAID: 120005293580
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mitosis-Coupled, Microtubule-Dependent Clustering of Endosomal Vesicles around Centrosomes (2013)
  • Author(s): Takatsu, H., Katoh, Y., Ueda, T., Waguri, S., Murayama, T., Takahashi, S., Shin, H.-W. &Nakayama, K.
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 38 Issue: 1 Pages: 31-41
  • DOI: 10.1247/csf.12028
  • NAID: 130004053889
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ARF1 and ARF3 Are Required for the Integrity of Recycling Endosomes and the Recycling Pathway (2012)
  • Author(s): Kondo, Y., Hanai, A., Nakai, W., Katoh, Y.,Nakayama, K. & Shin, H.-W.
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 37 Issue: 2 Pages: 141-154
  • DOI: 10.1247/csf.12015
  • NAID: 130004137585
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for membrane binding specificity of the Bin/Amphiphysi n/Rvs (BAB) domain of Arfaptin-2 determined by Aril GTPase. (2012)
  • Author(s): Nakamura, et al
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 287 Issue: 30 Pages: 25478-25489
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.365783
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rab11 regulates exocytosis of recycling vesicles at the plasma membrane. (2012)
  • Author(s): Takahashi, S., Kubo, K., Waguri, S., Yabashi, A., Shin, H.-W., Katoh, Y. & Nakayama, K.
  • Journal Title: J. Cell Sci., 1 Volume: 125 Pages: 4049-4057
  • DOI: 10.1242/jcs.102913
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for Arf6-MKLP1complex formation on the Flemming body responsible for cytokinesis. (2012)
  • Author(s): Makyio, H., Ohgi, M., Takei, T., Takahashi, S., Takatsu, H., Katoh, Y., Hanai, A., Ueda, T., Kanaho, Y., Xie, Y., Shin, H.-W., Kamikubo, H., Kataoka, M., Kawasaki, M., Kato, R., Wakatsuki, S. & Nakayama, K.
  • Journal Title: EMBO J Volume: 31 Issue: 11 Pages: 2590-2603
  • DOI: 10.1038/emboj.2012.89
  • NAID: 120004161052
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shigella targets epithelial tricellular junctions to spread between cells via a noncanonical clathrin-dependent endocytic pathway. (2012)
  • Author(s): Makoto Fukumatsu
  • Journal Title: Cell Host & Microbe Volume: 11 Issue: 4 Pages: 325-336
  • DOI: 10.1016/j.chom.2012.03.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Restriction of Mast Cell Proliferation through Hyaluronan Synthesis by Co-cultured Fibroblasts (2012)
  • Author(s): Takano H, Furuta K, Yamashita K, Sakanaka M, Itano N, Gohda E, Nakayama K, Kimata K, Sugimoto Y, Ichikawa A., Tanaka S.
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 35 Issue: 3 Pages: 408-412
  • DOI: 10.1248/bpb.35.408
  • NAID: 130001872324
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GBF1-Arf-COPI-ArfGAP-mediated Golgi-to-ER Transport Involved in Regulation of Lipid Homeostasis (2011)
  • Author(s): Takashima, K., Saitoh, A., Hirose, S., Nakai, W., Kondo, Y., Takasu, Y., Kakeya, H., Shin, H.-W. & Nakayama, K8.
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 36 Issue: 2 Pages: 223-235
  • DOI: 10.1247/csf.11035
  • NAID: 130004137571
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ATP9B, a P4-ATPase (a putative aminophospholipid translocase), localizes to the trans-Golgi network in a CDC50-independent manner. (2011)
  • Author(s): Takatsu, H., Baba, K., Shima, T., Umino, H., Kato, U., Umeda, M., Nakayama, K. & Shin, H.-W.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 286 Issue: 44 Pages: 38159-38167
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.281006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct roles of Rab11 and Arf6 in the regulation of Rab11-FIP3/Arfophilin-1 localization in mitotic cells (2011)
  • Author(s): Takahashi, S., Takei, T., Koga, H., Takatsu,H., Shin, H.-W. & Nakayama, K.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 16 Issue: 9 Pages: 938-950
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2011.01538.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arfaptins are localized to the trans-Golgi by interaction with Arl1, but not Arfs. (2011)
  • Author(s): Man, Z., Kondo, Y., Koga, H., Umino, H., Nakayama, K. & Shin, H.-W.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 286 Issue: 13 Pages: 11569-11578
  • DOI: 10.1074/jbc.m110.201442
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arfaptins Are Localized to the trans-Golgi by Interaction with Arll, but Not Arfs (2011)
  • Author(s): Man, Z., et al.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 286 Pages: 11569-11578
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional Cross-Talk between Rab14 and Rab4 through a Dual Effector, RUFY1/Rabip4 (2010)
  • Author(s): Yamamoto, H., et al.
  • Journal Title: Mol.Biol.Cell Volume: 21 Pages: 2746-2755
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 細胞分裂におけるメンブレントラフィックの役割:細胞生物学と構造生物学の融合研究 (2012)
  • Author(s): 中山和久
  • Organizer: 第1回物構研サイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2012-03-15
• [Presentation] 細胞分裂時のオルガネラの分配の調節. (2011)
  • Author(s): 中山和久
  • Organizer: 千里ライフサイエンスセミナー「生命科学を支えるオルガネラ研究の新展開」
  • Place of Presentation: 豊中
  • Year and Date: 2011-09-30
• [Presentation] ゴルジ体に局在する低分子量 GTPase ARF の機能の再考 (2011)
  • Author(s): 申 惠媛、中井和香、近藤由美香、花井綾子、中山和久
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Presentation] Mitosis-Coupled Sequestration of Recycling Endosomes around Spindle Pole Centrosomes (2010)
  • Author(s): Nakayama, K., Takatsu, H., Ueda, T., Waguri, S., Takahashi, S., Kondo, Y. & Shin, H.-W.
  • Organizer: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2010-12-09
• [Presentation] Regulation of Arf6 and Rab11 during cell division. FASEB Summer Research Conference (2010)
  • Author(s): Nakayama, K
  • Organizer: Arf Family G Proteins
  • Place of Presentation: Carefree, Arizona, USA.
  • Year and Date: 2010-08-18
• [Presentation] Regulation of Membrane Traffic by Arf6 and Rabl1 during cell division (2010)
  • Author(s): Nakayama, K.
  • Organizer: FASEB Summer Research Conference, "Arf Family G Proteins"
  • Place of Presentation: Carefree, Arizona, USA
  • Year and Date: 2010-08-18
• [Presentation] Visualization of endocytic and recycling pathways using fluorescent protein-tagged Rab5, Rab4 andRab11 in living cells.
  • Author(s): Ono, N., Katoh, Y., Takahashi, S. & Nakayama, K
  • Organizer: 第45回日本発生生物学会・第64回日本細胞生物学会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [Presentation] Functional analysis of Arf small GTPases during cytokinesis.
  • Author(s): Hanai, A., Ueda, T., Ohgi, M., Takei, T. & Nakayama, K.
  • Organizer: 第45回日本発生生物学会・第64回日本細胞生物学会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [Presentation] Rab11, the Exocyst complex and SNAREs regulate tethering/fusion of recycling endosomal vesicles with the plasma membrane.
  • Author(s): Kubo, K., Takahashi, S., Katoh, Y. & Nakayama, K.
  • Organizer: 第45回日本発生生物学会・第64回日本細胞生物学会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [Presentation] Rab11、Exocyst 複合体、およびSNAREタンパク質による輸送小胞の細胞膜との 繋留／融合過程の調節
  • Author(s): 久保慶治，高橋千絵，加藤洋平，中山和久
  • Organizer: ファーマ・バイオフォーラム2012
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県）
• [Presentation] 細胞質分裂におけるArfファミリータンパク質の機能の解析
  • Author(s): 花井綾子，上田智子，正親美菜子，武井朋美，中山和久
  • Organizer: ファーマ・バイオフォーラム2012
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県）
• [Presentation] トランス フェリンのリサイクリング過程のRab11とExocyst繋留 複合体による調節
  • Author(s): 高橋千絵、久保慶治、加藤洋平、中山和久
  • Organizer: フォーラム2012：衛生薬学・環境トキシ コロジー
  • Place of Presentation: 名古屋観光ホテル（愛知県）
• [Presentation] 生体膜の非対称性を制御するP4-ATPaseの膜輸送にお ける機能
  • Author(s): 申惠媛、高津宏之、海野寛之、満智秋、馬場啓子、中山和久
  • Organizer: 第34回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学薬学部（京都府）
• [Presentation] 細胞分裂時における リサイクリングエンドソーム膜のライブイメージング
  • Author(s): 加藤洋平、高津宏之、中山和久
  • Organizer: 第34回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学薬学部（京都府）
• [Presentation] ゴルジ体-小胞体間のタンパク質輸送による脂肪滴形成の調節
  • Author(s): 高島皓平、齋藤明奈、廣瀬祥平、申惠媛、中山和久
  • Organizer: 第 85回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県）
• [Presentation] 生体膜の脂質非対称性を調節するP4-ATPaseのゴルジ体以降の小胞輸送経路における機能解析
  • Author(s): 海野寛之、高津宏之、中山和久、申惠媛
  • Organizer: 第85回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県）
• [Presentation] 細胞分裂におけるメンブレントラフィックの役割：細胞生物学と構造生物学の融合研究
  • Author(s): 中山和久
  • Organizer: 第１回物構研サイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場エポカル（茨城県）
  • Invited
• [Presentation] 細胞質分裂における低分子量GTPase Arf6の機能の解析
  • Author(s): 正親美菜子、武井朋美、高橋千絵、申 惠媛、中山和久
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] Arfaptinの細胞内局在と機能：Arl1依存的なトランスゴルジへの局在とゴルジ体膜の変形
  • Author(s): 満 智秋、申 恵媛、中山和久
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] ゴルジ体-小胞体間のタンパク質輸送による脂肪滴形成の調節
  • Author(s): 高島皓平、齋藤明奈、申 惠媛、中山和久
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] 細胞内小胞輸送におけるクラスIとクラスIIのARF低分子量GTPaseの機能解析
  • Author(s): 中井和香、近藤由美香、齋藤明奈、中山和久、申 惠媛
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] メンブレントラフィックにおけるRab11の細胞内局在と機能．
  • Author(s): 高橋千絵、久保慶治、加藤洋平、和栗 聡、中山和久
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] Rab11とExocyst複合体による輸送小胞の細胞膜との繋留／融合過程の調節
  • Author(s): 高橋千絵、久保慶治、加藤洋平、中山和久
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府）
• [Presentation] 脂質二重層の非対称性を調節するP4-ATPaseのメンブレントラフィックにおける役割
  • Author(s): 島 孝弘、馬場啓子、高津宏之、海野寛之、中山和久、申 惠媛
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府）
• [Presentation] ゴルジ体-小胞体間のタンパク質輸送による脂肪滴形成の調節
  • Author(s): 高島皓平、齋藤明奈、廣瀬祥平、申 惠媛、中山和久
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府）
• [Presentation] メンブレントラフィックにおけるP4-ATPase、ATP9Bの機能解析
  • Author(s): 高津宏之、馬場啓子、海野寛之、島 孝弘、中山和久、申 惠媛
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府）
• [Presentation] 細胞分裂時におけるリサイクリングエンドソームのライブセルイメージング．
  • Author(s): 加藤洋平、高津宏之、中山和久
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府）
• [Presentation] ゴルジ体に局在する低分子量GTPase ARFの機能の再考
  • Author(s): 申 惠媛、中井和香、近藤由美香、花井綾子、中山和久
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府）
• [Presentation] 細胞分裂時のオルガネラの分配の調節
  • Author(s): 中山和久
  • Organizer: 千里ライフサイエンスセミナー「生命科学を支えるオルガネラ研究の新展開
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンタービル（大阪府）
  • Invited
• [Presentation] 細胞質分裂における低分子量 GTPase Arf6の局在と機能
  • Author(s): 正親美菜子，武井朋美，高橋千絵，申恵媛，中山和久
  • Organizer: ファーマ・バイオフォーラム2011
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県）
• [Presentation] クラスIとクラスIIの低分子量GTPase Arfの機能解析
  • Author(s): 中井和香，近藤由美香，斎藤明奈，中山和久，申恵媛
  • Organizer: ファーマ・バイオフォーラム2011
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県）
• [Presentation] 細胞分裂時のトランスフェリン受容体と鉄輸送体DMT1の局在変化
  • Author(s): 高津宏之，加藤洋平，上田智子，高橋千絵，申惠媛，中山和久
  • Organizer: フォーラム2011：衛生薬学・環境トキシコロジー
  • Place of Presentation: 金沢エクセルホテル東急（石川県）
• [Presentation] 細胞質分裂時のRab11-FIP3/Arfophilin-1の局在調節におけるRab11とArf6の異なる役割
  • Author(s): 高橋千絵、武井朋美、古賀裕士、高津宏之、申惠媛、中山和久
  • Organizer: 第33回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県）
• [Presentation] Functional analysis of Arf small GTPases during cytokinesis.
  • Author(s): Hanai, A., Ueda, T., Ohgi, M., Takei, T. & Nakayama, K
  • Organizer: 第45回日本発生生物学会・第64回日本細胞生物学会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [Remarks]
  • URL: http://www.pharm.kyoto-u.ac.jp/physchem/