細胞運動の調節における小胞輸送と細胞骨格リモデリングの共役

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22390013
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中山 和久 京都大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (40192679)
• Keywords: 小胞輸送 / 低分子量GTPase / 細胞運動 / 細胞質分裂 / 細胞骨格

Research Abstract

細胞が運動する際や分裂する際には、運動部位や分裂部位で細胞膜が変形したり特定のタンパク質の供給が起こらなければならない。そのために、局所的なアクチン細胞骨格のリモデリングと小胞輸送による特定のタンパク質や脂質の供給が協調して起こる必要がある。これら二つの機能の協調は、小胞輸送の調節を担うArfファミリーと細胞骨格の調節を担うRhoファミリーの低分子量GTPaseの共役によって達成される。
細胞分裂時にキネシン様タンパク質MKLP1は、Rhoファミリーに対するGAPとして機能するMgcRacGAP/CYK4と複合体を形成してフレミングボディーに局在する。我々は、Arf6がMKLP1に結合してフレミングボディーにリクルートされ、小胞輸送を共役させることによって、細胞骨格のリモデリングと連動する細胞質分裂を調節することを見いだした。さらに、細胞質分裂時に、Arf-GEFの一種のEFA6がそのPHドメインを介して分裂部位近傍（分裂溝）にリクルートされ、そこでArf6を局所的に活性化して小胞輸送と分裂を共役させることを見いだした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

年度途中でArf6が不活性化状態で機能する可能性が考えられ、目標達成時期が遅れた。しかし、最終的にArf6が不活性化状態で機能することはないことが判明したので、本研究はおおむね順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

今後は、EFA6がどのどのようにして細胞質分裂部位近傍にリクルートされるのかや、Arf6以外に４種類存在するArfのアイソフォームのうち、どのArfが細胞質分裂や細胞運動の調節に関わるのかを中心にして検討を行う。

Research Products

• [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 Struct. Funct Volume: 38 Pages: 31-41
  • DOI: doi:10.1247/csf.12028.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shigella targets epithelial tricellular junctions and uses a noncanonical clathrin-dependent endocytic pathway to spread between cells. (2012)
  • Author(s): Fukumatsu, M., Ogawa, M., Arakawa, S.,Suzuki, M., Furuse, M., Nakayama, K., Shimizu, S., Kim, M., Mimuro, H. & Sasakawa, C.
  • Journal Title: Cell Host Microbe Volume: 11 Pages: 325-336
  • DOI: doi:10.1016/j.chom.2012.03.001.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for Arf6－MKLP1 complex 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 Pages: 2590-2603
  • DOI: 10.1038/emboj.2012.89
  • 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. Volume: 125 Pages: 4049-4057
  • DOI: 10.1242/​jcs.102913
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for membrane binding specificity of the Bin/Amphiphysin/Rvs (BAR) domain of Arfaptin-2 determined by Arl1 GTPase. (2012)
  • Author(s): Nakamura, K., Man, Z., Xie, Y., Hanai, A., Makyio, H., Kawasaki, M., Kato, R., Shin, H.-W., Nakayama, K. & Wakatsuki, S.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 287 Pages: 25478-25489
  • DOI: 10.1074/jbc.M112.365783
  • 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 Struct. Funct. Volume: 37 Pages: 141-154
  • DOI: 10.1247/csf.12015
  • 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: Biol. Pharm. Bull Volume: 35 Pages: 408-412
  • DOI: 10.1248/bpb.35.408
  • 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 Pages: 38159-38167.
  • DOI: doi:10.1074/jbc.M111.281006.
  • 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 Pages: 11569-11578
  • DOI: doi:10.1074/jbc.M110.201442.
  • 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 Pages: 938-950
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2011.01538.x
  • 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, K.
  • Journal Title: Cell Struct. Funct. Volume: 36 Pages: 223-235
  • DOI: 10.1247/csf.11035
  • Peer Reviewed
• [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] 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）