Rhoファミリーによる神経細胞の形態制御機構

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13480236
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 貝淵 弘三 名古屋大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (00169377)
• キーワード: 神経細胞 / Rho / Rho-キナーゼ / CRMP-2 / 微小管 / Numb / LARG

研究概要

神経細胞は脳内において複雑なネットワークを形成するが、その基本機能は樹状突起から信号を入力して軸索から信号を出力して他の神経細胞に伝えることである。このため神経細胞は文化の過程で大きく形態変化をして極性を獲得する。しかし、神経細胞がいかにして軸索と樹状突起を運命決定して極性を獲得するか、その分子機構は現時点ではほとんど理解されていない。RhoファミリーのGTP結合蛋白質は、種々の細胞外シグナルの下流で細胞骨格や接着、細胞極性、細胞運動などを制御していると考えられているが、その作用機構は長らく不明であった。我々はRhoファミリーの一つであるRhoの標的蛋白質Rho-キナーゼを見出している。また、Rho-キナゼの脳内の主要な基質としてCollapsin response mediator protein-2 (CRMP-2)を同定している。CRMP-2が神経細胞の極性形成および維持に重要な役割を果たすことを示している。本研究の目的は、CRMP-2を手掛りとしてRhoファミリーによる神経細胞の形態制御機構を分子レベルで解明することである。
本年度、CRMP-2の作用機構を明らかにする目的で、CRMP-2に特異的に結合する分子を網羅的に検索したところ極めて興味深い分子がCRMP-2に結合することが判明した。同定した結合蛋白質の中でも、チュブリン、Numb、Rhoの活性制御因子(LARG)に関して精力的に解析を行った。(1)CRMP-2がα-及びβ-チュブリンからなるチュブリンヘテロダイマーに結合し、微小管の重合能を高めることを明らかにした。また、Rho-キナーゼによりリン酸化されたCRMP-2はチュブリンヘテロダイマーへの結合能が低下することを見出した。(2)Numbが軸索の遠位側でCRMP-2と同じ局在を示すことを明らかにした。さらに、CRMP-2がNumbを介して接着分子であるL1のエンドサイトーシスを調節し、軸索伸長を制御することを見出した。(3)CRMP-2がLARGの活性をネガティブに制御することで、Rho/Rho-キナーゼ経路に抑制的に働くことを示唆した。これらの結果から、CRMP-2を中心とした解析により、Rhoファミリーによる神経細胞の形態制御機構の一部が解明されたと考えられる。従って、平成14年度の研究計画はほぼ達成されたものと考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Fukata M., et al.: "Rac1 and Cdc42 capture microtubules through IQGAP1 and CLIP-170"Cell. 109. 873-885 (2002)
• [文献書誌] Fukata Y., et al.: "Axon specification in hippocampal neurons"Neuroscience Research. 43. 305-315 (2002)
• [文献書誌] Fukata Y., et al.: "CRMP-2 binds to tubulin heterodimers to promote microtubule assembly"Nature Cell Biol.. 4. 583-591 (2002)
• [文献書誌] Fukata M., et al.: "Effects of Rho family GTPases on cell-cell adhesion"Methods. Mol. Biol.. 189. 121-128 (2002)
• [文献書誌] Kawano Y., et al.: "Smooth muscle contraction by small GTPase Rho"Nagoya J. Med. Sci.. 65. 1-8 (2002)
• [文献書誌] Tsuboi D., et al.: "Isolation of the interacting molecules with GEX-3 by a novel functional screening"Biochem. Biophys. Res. Commun. 292. 697-701 (2002)
• [文献書誌] Ming XF., et al.: "Rho GTPase/Rho kinase negatively regulates endothelial nitric oxide synthase phosphorylation through the inhibition of protein kinase B/Akt in human endothelial cells"Mol. Cell. Biol.. 22. 8467-8477 (2002)
• [文献書誌] Maeda A., et al.: "Translocation of Na(+),K(+)-ATPase is induced by Rho small GTPase in renal epithelial cells"Biochem. Biophys. Res. Commun. 297. 1231-1237 (2002)