細胞質ダイニンのアイドリング複合体の構造解析と活性化メカニズムの解明

• Project Area: Integrative understanding of biological processes mediated by transient macromolecular complexes; New technology for visualizing physiologically metastable states.
• Project/Area Number: 22121518
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 広常 真治 大阪市立大学, 大学院・医学研究科, 教授 (80337526)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2011: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2010: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 細胞質ダイニン / 微小管複合体 / アイドリング状態 / 構造解析 / 低分子量G蛋白質

Research Abstract

我々は細胞質ダイニンの制御機構の解明に取り組んできた。細胞質ダイニンは微小管上を双方向に走るがプラス端に向って走るメカニズムは不明であった。我々は滑脳症の原因遺伝子・LIS1が細胞質ダイニンを微小管上に固定し、微小管-LIS-細胞質ダイニンの複合体を形成し、キネシン依存的に運搬することを明らかにした。さらにアスペルギルスにおけるNud遺伝子群のNudCがキネシンのアダプタータンパク質として機能していることを明らかにした。このことからLIS1が変異を起こすと細胞質ダイニンの順行性の運搬が障害され、細胞内における細胞質ダイニンの局在が中心体に偏った分布を示し、細胞の末梢部分で枯渇することが分かった。このことがLIS1の変異に伴う神経細胞の遊走異常、また細胞分裂における紡錘体形成や染色体分配の異常につながることが分かってきた。また、NudCの変異は細胞質ダイニンの順行性の運搬のみならず、他のオルガネラの運搬も障害されることから、NudCはキネシンの一般的なアダプタータンパク質として機能していることが示唆された。さらに、細胞質ダイニンはLIS1により微小管上にアイドリング状態になるが、低分子量G蛋白質のRabファミリーのタンパク質によって活性化されることが示唆された。さらに電子顕微鏡を用いた構造解析から、LIS1は細胞質ダイニンの頭部に結合し、ダイニン分子のスライドを制限することで細胞質ダイニンの微小管上の移動を制限することを証明した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

細胞質ダイニンの微小管上におけるLIS1との複合体の構造を明らかにし、さらに低分子量G蛋白質のRabファミリーによる細胞質ダイニンの活性化の証明に成功した。

Strategy for Future Research Activity

細胞質ダイニンの不活化のメカニズムさらには低分子量G蛋白質の活性化・不活化に制御する分子機構の解明に取り組む。

Research Products

• [Journal Article] A unique role of dynein and nud family proteins in corticogenesis (2012)
  • Author(s): Toba S, Hirotsune S
  • Journal Title: Neuropathology Volume: (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activation of Aurora-A is Essential for Neuronal Migration via Modulation of Microtubule Organization (2012)
  • Author(s): Takako Takitoh, Kanako Kumamoto, Chen-Chi Wang, Makoto Sato, Shiori Toba, Anthony Wynshaw-Boris, Shinji Hirotsune
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Global developmental gene expression and pathway analysis of normal brain development and mouse models of human neuronal migration defects. (2011)
  • Author(s): Pramparo T, Libiger O, Jain S, Li H, Youn YH, Hirotsune S, Schork NJ, Wynshaw-Boris A.
  • Journal Title: PLoS Genet. Volume: 3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Trichoplein controls microtubule anchoring at the centrosome by binding to Odf2 and ninein. (2011)
  • Author(s): Ibi M, Zou P, Inoko A, Shiromizu T, Matsuyama M, Hayashi Y, Enomoto M, Mori D, Hirotsune S, Kiyono T, Tsukita S, Goto H, Inagaki M.
  • Journal Title: J Cell Sci. Volume: 124 Pages: 857-864
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional dissection of LIS1 and NDEL1 towards understanding the molecular mechanisms of cytoplasmic dynein regulation. (2011)
  • Author(s): Torisawa T, Nakayama A, Furuta K, Yamada M, Hirotsune S, Toyoshima YY.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 286 Pages: 1954-1965
  • Peer Reviewed