研究課題
われわれが発見したProtrudinはマウスにおいて脳・脊髄等の神経組織に強く発現していた。驚くべきことにProtrudinを非神経細胞に強制発現すると、あたかも神経軸索のような突起が形成される。同様にラット海馬より単離した初代培養神経細胞にProtrudinを発現させると、突起伸長が著しく促進されることが明らかとなった。逆にProtrudinの発現をRNA干渉法にて抑制すると、細胞膜が全方向に伸展し、細胞が極端に扁平化するという表現型を示す。このことからProtrudinが膜リサイクリングの方向を決定する因子であることが示唆された。Protrudinによる突起伸長メカニズムを分子的に探索するため、われわれは神経成長因子(NGF)に反応して突起伸長を起こす神経細胞株PC12細胞を用いて、Protrudinの作用機序を詳しく解析した。NGF刺激によって、Protrudinはその細胞内局在を大きく変化させることが明らかとなった。生化学的な解析から、ProtrudinはRab11と結合し、その結合にはProtrudinのRab11結合ドメインが必要であることが判明した。そこでProtrudinに結合するRab11の性質を調べてみたところ、Rab11-GTPではなく、Rab11-GDPに選択的に結合することが明らかとなった。Protrudinが実際に膜リサイクリングの方向を決定していることを証明するために、われわれは細胞膜からリサイクリングエンドソームに運ばれて、それが選択的に神経突起へ運ばれる細胞膜タンパク質であるNgCAMの輸送を追跡した。PC12細胞にNGFを添加するとNgCAMはリサイクリングエンドソームを経て突起先端部へと輸送されるが、ProtrudinをノックダウンするとNgCAMが細胞体の細胞膜全面に運ばれるようになることがわかった。同様の効果はRab11-GTPを過剰発現しても観察された。この結果は、Protrudin/Rab11-GDP複合体が膜輸送システムを制御し、突起伸長に必要な方向性を決定していることを示している。
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