S皿 キナ…ゼによるSーingSh0tーフォスファターゼを介した

61
説
綜
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を
介
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神経細胞極性化の分子機構
犬束歩 岸将史
新潟大学大学院医歯学総合研究科 ･分子ニューロイメージング研究室
SADKinasesRegulateNeuronalPolarizationThroughSlingshot1ProteinPhosphatase
AyumulNUTSUKAandMasashiKISHI
Labo
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要
神経
細
胞の極性 化,す なわ ち軸索突起 と樹状突起 の選別,に関わ るシグナル分子 は近 年 にな
nvi
voでの必要性 が遺 伝学 的 に証 明 され た もの は 多 くあ
って複数報告 されて来 ま したが,その i
AD キナ-ゼの遺
りませ ん,我 々は神経 系 に特異的 に発現す るセ リンス レオニ ン蛋白キナ-ゼ S
AD キナ ーゼが神経細胞極性 化 に必須
伝子欠損 マ ウス僅 製 とその解析 を世界に先駆 けて行い,S
な分 子で あることを明 らか に しま した.更 に,その作用機 構 を解析 す るため ,S
AD キナーゼの
直接 的 な ターゲ ッ トとな りうるペ プチ ド配列 を有 す る分子 を検索 し,それ らの 車で アクチ ン繊
維 の制 御 因子 て あ る S豆
i
咽S
hotlフ ォス フ アタ-ゼが i
nvi
t
r
oで SAD キナ ーゼの極 めて良 い基
質 と な る こ と を明 らか に しま した.この 結 果 は ,SAD キ ナ - ゼ が少 な く と も部 分 的 に は
Sl
i
ngs
hotlの下流 に位置 す る CoBl
i
nによ るア クチ ン繊 維 の制御 を通 じて神経 細胞極性 化 を引
き起 こ しているい とい う可能性 を示唆 して い ます.
神 経 細胞 の極 性 化 とは
伝 える役割 を,逆 に,軸 索 突 起 は その電 気 シ グ ナ
ル を細 胞 体 か ら遠 く離 れ た標 的 に まで伝 播 す る役
成 熟 した神 経 細 胞 が有 す る神 経 突 起 の うち ,樹
状突起 は神経電気 シグナル を受容
し細 胞 体
に まで
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割 を,それ ぞれ担 って い ます .発 生 過 程 の 若い神
経 細 胞 は,未 分 化 か つ ほ ぼ 均 質 な神 経突起 を極致
別剰請求先 :〒9
51-851
0 新潟 市呼号
央区旭町適 い 7
5
7
新潟大学大学院医園学総合研究科 ･分 子ニュ-ロイ
メージング研究峯
岸
将 史
6
2
新潟 医学 会雑誌
第1
26巻
第 2号
平成 2
4年 (
2
01
2)2相
索 突 起 と し て 選 ばれ
野に微小管 の伸展 が非 対称
に 促 さ れ る こ とで,両突起 の運 命 が決定 され極 性
が 確 立 す る とい うモデルが考 え られ ます.2
0
0
0年
代 に入っ て , ど うい った分 子が軸索突起 の選択 に
本
樹状二
丈担
図 1 神経細胞 の極 性 化
発生 中の 神経 細 胞 の 多 くは ほぼ 均 質 な短 い神経
突起 を伸 展 させ た後 ,まつ だ け を長 い軸索 突起 に,
他 を短 い樹状栗進 に分化 させ ます.
関わって
い る のか とい う分 子的 な解析 が進 め
られ
るようにな り ,微 小管 の重 合 に関 わ る CRMP25)
や DOCK76), また, 一
般 的 な細 胞極 性 の確 立 に
関 わ る GS
K3
b
e
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Bt7) や P
a
r
3
/
Pa
r
68) な どの シ グナ
ル分 子が,伸長 中の軸索賓走 と樹状突起 との 間で
不均等 に分布 してい る とい う報 告がな され
その
中の い くつ か につ いては,神経細胞 に過剰 発現 さ
せ ると複 数 の軸索突起 を形成 す るよ うにな る とい
う軸索突起 の決定 因子 で ある可能性 を強 く示唆 す
る結果 が得 られて お ります.これ らは神経 初 代 培
養 の系 にお け る RNAiを相 い た機能阻害 実験 に よ
起 と して,また,残 りを短 い樹状 突起 と して分 化
って もその重要性 が間違 いな く詳細 に示 され て お
させ ます が,この神経突起 の分化 に伴 う非 対称性
n扇v
oの 神 経 組 織 内 で その 必
ります が,実 際 に 豆
の形成 を,神経 細胞 の極性 化 と呼 び ます.従 って,
要性 が示 されてい るものは少 な く 9),また,シ ョウ
この極性 化 の過程 は,幼 若 な神経細胞 が神経 回路
ジ ョウバ エ を用 い た遺伝学 的解析 で は,その 重要
綱の
性 に否定 的 な結 果が得 られ て い る例 も存在 し 1
0
)
,
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単位 と しての機 能性 を獲 得 して い く Lで,
要 な分化 ステ ップの -つ で あ ると考 え られ
特に
重
ます
1)
個
l
)
.
どの シグナル パ スウェ イが普遍 的 に重要 で あ るの
か とい う問 題 点 は未だ解決 されてい ませ ん.
Sj
lr
)キナ ーゼは神経細胞極性 の
国内外 の研 究動 向
確 立 に必須 で ある
米 国の
Ba
n
ke
r博 士 らは 1
9
8
0年 代 後 半 よ りこ
の
軸
樹状突起 の形成 に伴 う神経細胞 の極
我 々 は,これ らの研究 とは全 く独立 に,哨 乳類
性
索
突
起
･
化 に注 目 し,一連 の培養 下 での細胞生物 学 的 な
の シナ プ ス形 成機 構 を解析 す る 目的で,線 虫 に於
解析 を元 に,その確 立 には ア クチ ン繊維 や微小管
いて シナ プ ス形成異常 を里 す る-変異体の責任遺
とい った細 胞骨格の制御 が最 も重要 な役割 を果 た
伝子
して い る とい う解 析 結 果 を報 告 して釆 ま した 2).
グの 同定 と遺 伝 子破 壊 を行 い ま した
S
AD キ ナ - ゼ につ い て,その マ ウス ホ モ ロ
11).噛 乳 類
彼 らは幼 若 な海馬神経細胞 を単離 し経時的 に観 察
ゲ ノム中には 二つの相 同遺伝子 が存在 しま したの
す る培 藻 シ ステ ムを利 用す る こ とで,ア クチ ン繊
で
(
S
AD-A,
S
AD-B)
,両遺伝子 につ いて遺 伝子
維 の脱 重 合 を促す薬剤 で あ るア クチ ノマ イシ ン D
欠損 マ ウス を作製,ダブル ノ ックア ウ トマ ウ スを
を局所 的 に 9え られ た神経窯走 が極 めて高い確率
S
AD キナ-ゼ を完 全 に欠接 したマ
解析 した結 果 ,
で軸索 突起 に分化 す る こ と 3
)
,また,その選 ばれ
ウスは出生 後早 い段 階 で死 に至 り,その神経 組織
た窯超 においては微小管の方 向性 が 一
定方 向 に定
を解剖学 的 に解析 した結果,神経細胞の高度 な形
まってお り,樹状突起 におけ るランダムに近 い方向
態 異常 ,特 に軸索突起 の形成 不全 が観察 され ま し
性 を持った微小管 とは対照 的 で あ るとい うこと 4
)
た.その細 胞生物 学 的機序 を明 らか にす るため低
を示 しま した.これ らの結 果 か ら,ア クチ ン繊 維
S
AD キナ
密度神経 初代培 養 を行い解析 した結果 ,
の安定性 が何 らかの要因で低 下 した神経突起 が軸
ーゼ ダブル ノ ックア ウ トマ ウス由来の海 馬神経細
太東他 :S
AD キ ナーゼによる Sl
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gs
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tlフ ォス フ アタ-ゼ を介 した神経 細胞極性 化 の 分 子機 構
6
3
脂 は どれ も同程度 の長 さの神経突起 を有 し,両突
それ を含 むペ プチ ドお よび GST融 合蛋 白 を合威
起 分子 マーカ-の分布パ ター ンも含 めて,軸索突
し,大腸菌 よ り精 製 した S
AD キ ナ -ゼ と反応 さ
起 と樹状突起 とを区別 す る ことがで きていない,
せ た ところ,極 めて強 い リン酸 化 を受 け ることが
とい うことが判 明致 しま した.また,分子 レベル
明 らか とな りま した.現 在,この リン酸化反応 が
AD キナーゼ を欠損 した神経細胞 に於 いて
で は,S
nvi
voで起 きてい る もの で あ るの か ど う
実際 に i
auの リン酸化が減 少 してい ると
微小管 結合 蛋 白 t
い うことが見出 され ,S
AD キナーゼが微小管の ダ
か を調べ るため に,抗 リン酸化部位抗 体の作製や,
SAD キ ナ -ゼ欠損 マ ウスにお け るその リン酸 化
イナ ミクスを制御す ることによって神経細胞の極
エ ピ トープ減少 の有無 を解析 してお り,将来 的 に
性化 を司ってい るとい う可能性 が示唆 され ま した.
但 し,S
AD キナ -ゼ欠損 マ ウスが神経系の異常 を
は Sl
主
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hotl欠損 マ ウス との掛 け合 せ に よ って
i
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voでの機 能 的共 役 の有無 を確 か めて行 く予
a
u遺伝子破壊 マ
伴 う出生後致死 とな るの に対 し,t
定 で あ ります.
ウスの異常 は極 めて軽度 であ りますので
1
2),他 に
ま
も SAD キナ ーゼの下 流 に位 置す る分子 の存在 が
と
め
予想 され ます.SAD キナ-ゼの作用機構 につ いて
は,これ まで に,その上流 に LKB-1とい う蛋 白
SAD キ ナ ーゼ は C.el
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nsや Dr
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a卵 細
AD キナ -ゼ を活性 化す るこ
キナ ーゼが位 置 し S
ARlキナ ーゼ と高 い相
胞極性 の 制 御因子 で ある P
とで突起の伸展 を 調 節 し軸索突起の運命 を決定 し
同性 を有 し 17),神 経 細胞極性 化 の メ カニ ズ ム を
て い るとい うこと 1
3)が示 され てい ます が,逆 に
P
ARl
考 える上 で極 めて興味深 い ことです.また,
神経細胞極性化 に直接 関わ ると考 え られ るよ うな
キ ナ ー ゼ は一 次 構 造 上 Mi
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SAD キナ -ゼの 基質 分 子 は未 だ報 告 され てい ま
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MAR鑑S) とい う微小管 の制
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御 因子 と ol
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,sAD キナーゼが
つ で ある t
auの リン酸 化 に関
微小管 結合蛋白の 一
SAD キナ -ゼーSl
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hotl経路
与す るとい うことはある程度予想 され た通 りの結
果 で あ りま した.鰻 し,神経細胞極性 化 とい う細
我 々は,SAD キナーゼが細胞周期の制御 に関わ
胞形態変化 が微小管の制御 だけによって説 明 され
nv
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oで リン酸 化 しうる と
る分子 の い くつ か を i
るとは考 えに くく,今回兄 い出 され た Sl
豆
ngs
hotl
い う報告
目 し,それ らの リン酸 化部位 に
の活性調節 によるアクチ ン繊維 の動態制御 とい う
共通 なア ミノ酸配列 を特定,更 にそれ を柳 1たホ
新 たな複軌 が,極性 の確立 に重要 な役割 を果 た し
AD キ
モ ロジーサーチ を利 用す ることによって,S
てい るもの と考 え られ ます.
1
4) に着
ナ ーゼの基質分子 と して アクチ ン繊維の結合 因子
で あ る S払ngs
hotlを同意 しま した.Sl
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hotは
謝
辞
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aを用 い た遺 伝 子 ス ク リ-ニ ング
元 々 Dr
これ らの結 果は,五十嵐遺弘教授 (
新潟 大学医学部第
によって同意 され た蛋 白脱 リン酸化酵素 (
ホスフ
二生化学講座 ),横 I
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峯介教授 (
新潟大学脳研究所動物
ァターゼ)であ り,活性化 され ると a
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資源 開発研究 分野 ),崎 村健司教授 (
新潟 大学脳研究所
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ng因子 で あ る コ ブ イ リン (
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o名号
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n) を脱 リン酸
細 胞神 経 生物 学 講座 ),J
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化す ることによって活性化 し,最終的 にアクチ ン
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m 教授 (
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T大学 ) ちとの 共
翠 ),Co
繊 維 の 脱 重 合 を 引 き起 こ し ま す 15). ま た ,
同研究 の成 果で あ ります.新潟大学 テニ ュア トラ ック委
Sl
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hotは神経線 維 の伸展 調 節 に も中心 的 な役
員会 の先生 方 にはその御 支援 に対 し深 く感 謝致 します.
16).S
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hotlの
SAD キナーゼによる リン酸 化部位は.その脱 リン
割 を果 た して い る分 子 で す
酸
化活性の調 節 に最 も重要 な部位で あ り,実際 に
6
4
新潟医学会雑誌
第1
2
6巻
参考 文献
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