神経回路形成における低分子量G蛋白質Rhoファミリーの役割

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480256
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 根岸 学 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (60201696)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 裕教 京都大学, 生命科学研究科, 助手 (50303847)
• Keywords: 神経突起 / Rho / Rnd1 / Elmo / RhoG / 軸索ガイダンス / Plexin / 神経回路

Research Abstract

神経回路は、特異な細胞極性を示す神経細胞がその神経突起を介した接着により形成する複雑なネットワークシステムである。この神経突起形成に低分子量G蛋白質、Rhoファミリーが深く関与しており、細胞骨格の再構築により、RhoAは神経突起の退縮を、Rac1とCdc42は神経突起の伸長を引き起こすことが知られている。しかし、Rhoファミリーにはこれらのメンバー以外に多数のG蛋白質が存在するが、それらの神経機能はほとんど不明である。そこで、その神経機能が不明であるRnd1とRhoGの情報伝達機構を調べた。
Rnd1の中枢神経系での役割を明らかにするため、Rnd1に結合する分子を酵母のtwo-hybrid法でスクリーニングし、軸索ガイダンス分子、Sema4Dの受容体、Plexin-B1の細胞内領域に、Rnd1が結合することを見いだした。Rnd1はPlexin-B1に安定に結合し、RhoのGEF、PDZ-RhoGEFのPlexin-B1への結合を促進し、RhoAを活性し、Sema4DによるPlexin-B1を介した細胞体退縮を引き起こした。このことから、Rnd1はSema4D/Plexin-B1による軸索ガイダンス作用に深く関わっていることが強く示唆された。
我々は、PC12細胞において、RhoGがNGF/Rasの下流でRacとCdc42を活性化し、NGFによる神経突起伸長に必須であることを明らかにしてきた。しかし、RhoGがどのような機構でRacやCdc42を活性化するのかは不明であった。そこで、RhoGに結合する分子を酵母のtwo-hybrid法でスクリーニングし、ElmoがRhoGの特異的なエフェクターであることを見いだした。ElmoはRacのユニークなGEFであるDock180に結合する分子であり、RhoGはElmo/Dock180を細胞膜にリクルートし、Racを活性化した。そして、このRacを活性化する新しい情報伝達経路であるRhoG/Elmo/Dock180がNGFによる神経突起伸長に必須であることを明らかにし、神経回路形成の重要な情報伝達機構であることが分かった。

Research Products

• [Publications] Katoh H.et al.: "RhoG activates Rac1 by direct interaction with the Dock180-binding protein Elmo"Nature. 424. 461-464 (2003)
• [Publications] Ishikawa Y.et al.: "A role of Rnd1 GTPase in dendritic spine formation in hippocampal neurons"The Journal of Neuroscience. 23(35). 11065-11072 (2003)
• [Publications] Oinuma I.et al.: "Direct interaction of Rnd1 with Plexin-B1 regulates PDZ-RhoGEF-mediated Rho activation by Plexin-B1 and induces cell contraction in COS-7 cells"The Journal of Biological Chemistry. 278(28). 25671-15677 (2003)
• [Publications] Yamaguchi Y.et al.: "N-terminal short sequences of a subunits of the G12 family determine selective coupling to receptors"The Journal of Biological Chemistry. 278(17). 14936-14939 (2003)
• [Publications] Okada T.et al.: "A serine protease inhibitor prevents ER stress-induced cleavage but not transport of the membrane-bound transcription factor ATF6"The Journal of Biological Chemistry. 278(33). 31024-31032 (2003)