未成熟ニューロンではWNK1により調節されるKCC2共輸送体の阻害性リン酸化がGABAの脱分極作用を維持する

Sci. Signal. 30 Jun 2015:
Vol. 8, Issue 383, pp. ra65
DOI: 10.1126/scisignal.aaa0354

Perrine Friedel^1,2,*,†, Kristopher T. Kahle^3,*,‡, Jinwei Zhang^4,*, Nicholas Hertz⁵, Lucie I. Pisella^1,2, Emmanuelle Buhler^2,6, Fabienne Schaller^2,6, JingJing Duan³, Arjun R. Khanna³, Paul N. Bishop⁷, Kevan M. Shokat⁵, and Igor Medina^1,2,‡

¹ Institut de Neurobiologie de la Méditerranée (INMED), INSERM Unité 901, 13273 Marseille, France.
² Aix-Marseille Université, UMR 901, 13273 Marseille, France.
³ Department of Neurosurgery, Boston Children's Hospital and Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.
⁴ UK Medical Research Council Protein Phosphorylation and Ubiquitylation Unit, College of Life Sciences, University of Dundee, Dundee DD1 5EH, UK.
⁵ Howard Hughes Medical Institute and Department of Cellular and Molecular Pharmacology, University of California San Francisco, San Francisco, CA 94143-0450, USA.
⁶ Plateforme Post-Génomique, INMED, 13273 Marseille, France.
⁷ School of Biochemistry, University of Bristol, Bristol BS8 1TH, UK.

‡ Corresponding author. E-mail: kkahle@enders.tch.harvard.edu (K.T.K.); igor.medyna@inserm.fr (I.M.)

* These authors contributed equally to this work.

† Present address: Department of Cellular and Molecular Physiology, Yale School of Medicine, New Haven, CT 06520, USA.

Cl⁻透過性γ-アミノ酪酸A型（GABA_A）受容体の活性化は、成熟ニューロンではシナプス抑制を誘発するが、未成熟ニューロンでは興奮を誘発する。このようなGABA機能の発達上の「スィッチ」は、Cl⁻排出性K⁺-Cl⁻共輸送体であるKCC2が媒介するニューロン内Cl⁻濃度の出生後の減少に依存している。われわれは、セリン−トレオニンキナーゼであるWNK1［with no lysine（K）］が発達中のマウス脳において、KCC2と物理的複合体を形成することを明らかにした。未成熟なニューロンにおけるWNK1のドミナントネガティブ変異、遺伝学的な欠損または化学的阻害は、KCC2を介したCl⁻の排出の増大により、GABA活性の過分極側へのシフトを引き起こした。KCC2活性のこのような亢進は、2ヵ所のC末端スレオニン（Thr⁹⁰⁶およびThr¹⁰⁰⁷）でのKCC2の阻害性リン酸化の低下によって生じた。Thr⁹⁰⁶およびThr¹⁰⁰⁷のリン酸化はいずれも、成熟ニューロンよりも未成熟ニューロンで亢進していた。まとめると、これらのデータは、未成熟ニューロンにおけるCl⁻の恒常性を調節する機序の手がかりとなり、WNK1により調節されるKCC2リン酸化の変化が、興奮性GABA作用から抑制性GABA作用への発達に寄与することを示唆している。

Citation: P. Friedel, K. T. Kahle, J. Zhang, N. Hertz, L. I. Pisella, E. Buhler, F. Schaller, J. Duan, A. R. Khanna, P. N. Bishop, K. M. Shokat, I. Medina, WNK1-regulated inhibitory phosphorylation of the KCC2 cotransporter maintains the depolarizing action of GABA in immature neurons. Sci. Signal. 8, ra65 (2015).