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

2012 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)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2013-03-31
• 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Arf-GEFのEFA6によって局所的に活性化され、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。しかし、Arf6のノックアウトマウス由来の繊維芽細胞でも、細胞分裂後の形態にある程度の異常はあるものの、分裂自体は起こることから、Arf6以外のArfアイソフォーム（Arf1, Arf3, Arf4, Arf5）も細胞質分裂に関与する可能性について検討した。
RNAiによりArf6以外の各Arfアイソフォームを単独でノックダウンしても、細胞分裂に異常は見られなかった。しかし、Arf1とArf3を同時にノックダウンすると、細胞質分裂にある程度の異常が見られ、Arf6も一緒にノックダウンするとさらに異常になった。一方、EFA6はArf6だけでなくArf1やArf3も活性化可能であった。
これらの結果から、EFA6によって活性化されたArf6だけでなく、Arf1やArf3も細胞質分裂の調節に関与することが明らかになった。

Current Status of Research Progress

Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

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
• [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