細胞の形態と運動性を制御する細胞センシング機構

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13GS0010
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 水野 健作 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (70128396)
• 研究分担者: 大橋 一正 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教授 (10312539)
• キーワード: アクチン細胞骨格 / LIMキナーゼ / コフィリン / Slingshot / ホスフォターゼ / 細胞質分裂 / PI3キナーゼ / インスリン

研究概要

アクチン細胞骨格系は、細胞内外のシグナルに応答してダイナミックに再構築され、細胞の形態変化・移動、接着、分裂など細胞の動的基本活動を支える重要な役割を果たしている。本研究では、LIMキナーゼ(LIMK)とSlingshotによるコフィリンのリン酸化、脱リン酸化経路を中心に、細胞骨格を制御するシグナル伝達機構の解明と、細胞運動、形態変化を時間的、空間的に統御するシステムの解明の研究を行い、以下の結果を得た。
1)コフィリンのリン酸化レベルは分裂期前中期で高く、後期終期で低く、細胞周期依存的に変化することを明らかにした。LIMKの活性はこれとほぼ並行に変化し、分裂期前中期で高く、後期終期で低く、Slingshotの活性は逆に分裂期前中期で低く、後期終期で高いことを見出した。HeLa細胞にホスファターゼ不活性型Slingshotを発現すると、終期の収縮環近傍に異常なアクチンの集積が観察され、細胞は多核化した。これらの結果から、Slingshotの終期での活性化はコフィリン活性化、収縮環の崩壊、細胞質分裂に重要であることが示唆された。
2)マウスおよびヒトの3種のSlingshot cDNAを単離し、コフィリンホスファターゼ活性、アクチン結合活性、LIMK機能の阻害活性、細胞内局在、組織分布の相違を明らかにした。また、Slingshot-1と-2において、N末端部はコフィリン脱リン酸化に重要なドメインであり、C末端部はアクチン結合に重要なドメインであることを明らかにした。
3)Slingshot-1の活性を制御するシグナル経路を解析し、インスリンの下流でSlingshot-1の活性化と細胞膜への局在化を介してコフィリンが脱リン酸化されることを明らかにした。また、コフィリンの脱リン酸化はPI3-kinaseの阻害剤やPTENで抑制されることから、PI3-kinaseがSlingshotの活性化に関与することが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] M.Endo, et al.: "Control of Growth Cone Motility and Morphology by LIM-kinase and Slingshot via Phosphorylation and Dephosphorylation of Cofilin"J.Neurosci.. 23・4. 2527-2537 (2003)
• [文献書誌] Y.Fukazawa, et al.: "Hippocampal LTP Is Accompanied by Enhanced F-actin Content within the Dendritic Spine that Is Essential for Late LTP Maintenance In Vivo."Neuron. 38・5. 447-460 (2003)
• [文献書誌] N.Kaji, et al.: "Cell Cycle-associated Changes in Slingshot Phosphatase Activity and Roles in Cytokinesis in Animal Cells."J.Biol.Chem.. 278・35. 33450-33455 (2003)
• [文献書誌] Y.Ohta, et al.: "Differential activities, subcellular distribution, and tissue expression patterns of three members of Slingshot family phosphatases that dephosphorylate cofilin."Genes to Cells. 8・10. 811-824 (2003)
• [文献書誌] H.Kutsuna, et al.: "Actin reorganization and morphological changes in human neutrophils stimulated by TNF, GM-CSF, and G-CSF : the role of Mitogen activated protein kinase"Am.J.Physiol.Cell Physiol.. 286・1. C55-C64 (2004)
• [文献書誌] M.Nishita, et al.: "Phosphoinositide 3-Kinase-mediated Activation of Cofilin Phosphatase Slingshot and Its Role for Insulin-induced Membrane Protrusion"J.Biol.Chem.. 279・8. 7193-7198 (2004)