G蛋白質シグナルによる細胞構造改変プロセスの単分子イメージング解析

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17079004
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 渡邊 直樹 Kyoto University, 医学研究科, 准教授 (80303816)
• Keywords: 細胞・組織 / 一分子計測 / 生体分子 / ナノバイオ / G蛋白質 / mDia / 細胞シグナル / アクチン線維切断

Research Abstract

以前, われわれはG蛋白質Rhoの標的分子でFormin蛋白質の1つmDialのFH1-FH2領域が, 細胞内アクチン重合端に結合し, 線維伸長に従い移動することを分子可視化によって発見した(Science, 2004)本研究では, 予想外にもLatrunculin Bなど単量体アクチン阻害剤によって野生型mDia1の分子移動が細胞内で高頻度惹起されることを見出した. 薬物動態シミュレーションにより, 薬から遊離したアクチン単量体が急上昇する逆説的薬物作用によることか判明した. 重要なことに, アクチン脱重合因子コフィリンの捕因子AIP1が集まる部位に一致してmDia1によるアクチン核化活性化が確認された. 線維崩壊が単量体アクチンの濃度不均一性を細胞内に作り, それがmDla1を活性化することで再重合を亢進させるフィートバック線維再生機構を発見したと考えている. また, 線維芽細胞の増殖因子への走化性におけるRhoファミリーG蛋白質の役割について総括的解析を遂行し, Racl, Cdc42, RhoGが走化性においてパラレルに協調して機能することを見出した. 興味深いことに, これらのGTPアーゼが欠損すると移動の速度が障害されるが, 運動の方向性は保たれていた. また, 関連して上述のAIP1が介在するアクチン線維切断が細胞先導端でArp2/3複合体によるアクチン重合核形成の15倍の頻度で起きること, プロトオンコシーンab1キナーゼが分子標的薬の結合し細胞内補因子と開いたコンフォメーションで結合することなど, 関連の細胞シグナルの性質についても単分子可視化を応用することにより解明した.

Research Products

• [Journal Article] Cdc42 and Rac family GTPases regulate mode and speed but not direction of primary fibroblast migration during PDGF-dependent chemotaxis (2009)
  • Author(s): Monypenny, J., Zicha, D., Higashida, C., Oceguera-Yanez, F., Narumiya, S. and Watanabe, N.
  • Journal Title: Molecular and Cellular Biology
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An order of magnitude faster AIP1-associated actin disruption than nucleation by the Arp2/3 complex in lamellipodia. (2009)
  • Author(s): Tsuji, T., Miyoshi, T., Higashida, C., Narumiva, S. and Watanabe, N.
  • Journal Title: PLoS ONE 4 Pages: e4921
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Imatinib mesylate (STI571)-induced cell edge translocation of kinase-active and kinase-defective Abelson kinase : requirements of myristoylation and srchomology 3 domain (2009)
  • Author(s): Fujita, A., Shishido, T., Yuan, Y., Inamoto, E., Narumiya, S. and Watanabe, N.
  • Journal Title: Molecular Pharmacology 75 Pages: 75-84
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] G-actin regulates rapid induction of actin nucleation by mDial to restore cellular actin polymers. (2008)
  • Author(s): Higashida, C., Suetsugu, S., Tsuji, T., Monypenny, J., Narumiya, S. and Watanabe, N.
  • Journal Title: Journal of Cell Science 121 Pages: 3403-3412
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shootinl interacts with actin retrograde flow and Ll-CAM to promoteaxon outgrowth (2008)
  • Author(s): Shimada, T., Toriyama, M., Uemura, K., Kamiguchi, H., Sugiura, T., Watanabe, N., and Inagaki, N.
  • Journal Title: Journal of Cell Biology 181 Pages: 817-829
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] mDia2 induces the actin scaffold for the contractile ring and stabilizes its position during cytokinesis in NIH 3T3 cells. (2008)
  • Author(s): Watanabe, S., Ando, Y., Yasuda, S., Hosoya, H., Watanabe, N., Ishizaki, T., and Narumiya, S.
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell 19 Pages: 2328-2338
  • Peer Reviewed
• [Presentation] STI571に誘導されるablめ細胞辺縁トランスロケーション (2009)
  • Author(s): Yuan Y., Fujita A., Shishido T., Narumiya S.,Watanabe N. (speaker)
  • Organizer: 第82回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2009-03-18
• [Presentation] A role of homeostasis between G-and F-actin in filament nucleation and actin polymer restoration by mDial (2008)
  • Author(s): Higashida C., Watanabe N.
  • Organizer: 第48回アメリカ細胞生物学会
  • Place of Presentation: 米国サンフランシスコ
  • Year and Date: 2008-12-15
• [Presentation] Rapid actin polymer restoration mechanism by mDial and other actin nucleators regulated by concentration fluctuation of G-actin (2008)
  • Author(s): Higashida C., Suetsugu S., Narumiya S., Watanabe N. (speaker)
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会(備考 : シンポジウム主催)
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2008-12-11
• [Presentation] A paradoxical effect of actin monomer inhibitors to increase drug-free G-actin in cells : an unexpected role of G-actin revealed by pharmacokinetic simulation (2008)
  • Author(s): Watanabe, N. and Higashida,C.
  • Organizer: THE. UEHARA MEMORIAL FOUNDATION SYMPOSIUM-2008 Systems Biology : The Challenge of Complexity
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-07-01
• [Book] Systems Biology The Challenge of Complexity. Chapter : "A possible role of homeostasis between monomeric and filamentous actin in filament nucleation reveald by pharmacokinetic modeling." (2009)
  • Author(s): Watanabe N. and Higashida C.
  • Total Pages: 7
  • Publisher: Springer
• [Remarks]
  • URL: http://www5.mfour.med.kyoto-u.ac.jp/n-watanabe.html