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アクチンが引き起こす膜突起による浸潤:コルタクチン CYTOSKELETON NEWS 2013年7月号

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CYTOSKELETON NEWS 2013年7月号 アクチンが引き起こす膜突起による浸潤:コルタクチン

アクチンが引き起こす膜突起による浸潤:コルタクチン

コルタクチンの複数のシグナリングドメイン
アクチン結合タンパク質であるコルタクチンは、樹状(分枝など)アクチンネットワークに依存する細胞膜の変化などの、細胞の機能に重要ないくつかの役割(糸状仮足による細胞運動性、クラスリン依存又は非依存エンドサイトーシス、ホスト-病原体相互作用、内皮バリア完全性の維持、浸潤突起媒介細胞浸潤1)を果たしています。 コルタクチンは、80kDaの単量体のタンパク質で、細胞表層の皮質性アクチンとの細胞内共局在から名づけられました2。コルタクチンのN末端にある、酸性アミノ酸の豊富なドメイン(N-terminal acidic domain;NTA)は、アクチンフィラメントの枝分かれを促進するArp2/3複合体の7つのサブユニットと相互作用します3。コルタクチンのNTAドメインは、他の既知のアクチン核化促進因子(NPF)のArp2/3結合領域に見られるDDW(Asp-Asp-Trp)モチーフを含んでいます(例:WASP、N-WASP、Myo3、ActAのDDW又はDEWモチーフ)4(図1)。

NPFは、Arp2/3が媒介する繊維状アクチン(F-アクチン)の分枝促進における役割に基づいて、2つにクラス分けされます5。クラスIのNPFは、上述のように、線維を分枝させるArp2/3の活性化を促進し、クラスIIのNPFは、コルタクチンの機能と同様で、アクチン凝集の分枝形成及びその安定化の機能を持ちます6,7。コルタクチンはArp2/3媒介F-アクチン分枝を直接活性化できますが、クラスIのNPFで見られる活性よりもかなり弱い活性しかありません6。これは、1つには、クラスIのNPFにはある球状アクチン(G-アクチン)結合ドメインが、コルタクチンには欠けていることによります5。枝分かれしたフィラメントを安定化する役割と一致して、コルタクチンには37残基配列のF-アクチン結合ドメインを6.5回繰り返すセントラルドメインがあります2,4(図1)。このドメインの隣に、複数の翻訳後修飾(posttranslational modifications;PTM)部位を持つヘリカルドメイン及びプロリンリッチドメインがあります。さらにその隣に、SH3ドメイン(フィラメントの分枝点で、Arp2/3複合体にクラスI NPFであるN-WASPなどの他のタンパク質を召集する部位)があります(結合パートナーのリストは、参考文献8をご参照ください)。

 

コルタクチンの一次構造の模式図
図1 コルタクチンの一次構造の模式図
主な翻訳後修飾部位と結合ドメインを示す。

 

悪性腫瘍とコルタクチンの関係性
浸潤突起として知られるF-アクチンリッチな細胞突出は、元々はヒトの腫瘍細胞株で同定され、その浸潤する性質から名づけられました9。浸潤突起は、直径0.8-1μm、長さ2-5μmの膜の拡張部で、細胞外マトリクス(ECM)に接する基底膜に見られます10。コルタクチンは、浸潤突起の形成に不可欠で、ECMの分解を促進し、細胞を近接する組織に浸潤させるために、マトリクスメタロプロテアーゼが集中して供給されます10-12。いくつかのヒトの癌(乳癌、結腸癌、卵巣癌、肝臓癌、胃癌、食道癌、メラノーマ、グリオブラストーマなど)では、コルタクチンの発現が高くなっていることが示されました8,13。従って、コルタクチンは、悪性転移性腫瘍の重要なバイオマーカーとなりつつあり、その発現高進は、多くの場合患者の予後の悪化に関係しています。

コルタクチンの翻訳後修飾の重要性
コルタクチン活性のPTMによる調節は、非常に複雑で、異なるPTM間で高度に相互干渉していることがわかってきました。1つもしくはそれ以上のキナーゼ(ERK、PAK1、PKD1)による、4つのセリン残基(S405、S418、S298、S348)のリン酸化は、コルタクチンの活性を調節します8。プロリンリッチドメインにあるS405/S418のERKによるリン酸化は、形態的変化を誘導してSH3ドメインを暴露させ、クラスIのNPFであるN-WASP又はWASPと結合、活性化すると考えられています14。対照的に、Srcファミリーキナーゼ(おそらくはこれ以外のキナーゼも含まれる)による、Y421、Y466、Y482チロシン残基のリン酸化15,16は、コルタクチンの、直接的または間接的(N-WASP又はWASPの活性化及び召集による)なArp2/3媒介F-アクチン分枝活性を欠損させます14,17。この、セリン・チロシンリン酸化の相互関係は、「S-Yスイッチ」と呼ばれています18

コルタクチンのセリン・チロシン両方のリン酸化が、自身の分解のシグナルとして機能していることは興味深いことです。前述のセリンのERKによるリン酸化は、コルタクチンとE3リガーゼ複合体のβTrcpサブユニットとの相互作用を解してK79をユビキチン化させ、最終的にプロテオソーム分解を引き起こします19。同じように、コルタクチンのチロシンのリン酸化は、カルシウム依存プロテアーゼカルパインによる自身の分割のためのシグナルになります20。コルタクチンの、F-アクチンと相互作用してArP2/3を活性化させる能力は、リジンのアセチル化/脱アセチル化(それぞれPCAF及びHDAC6によって部分的に調節される)によっても調節されています21。興味深いことに、最近の報告では、チロシンのリン酸化とリジンのアセチル化は、両PTMともにコルタクチン活性に負の影響を与えるにも関わらず、競合関係があるということもわかってきました22。このことは、コルタクチンのPTMの相互干渉における複雑性に、まだ他の存在があることを暗示しています。そして、相互作用するこれらのシグナル伝達経路が、アクチンフィラメントの分岐点で、コルタクチンを調節するためにどのように収束しているかは、興味深い研究対象となるでしょう。

 

Cytoskeleton社は、コルタクチンの生理学的機能を更に解明するために、高純度のアクチン及びアクチン関連タンパク質などのアクチン研究ツールをご提供致します。

参考文献

1. Cosen-Binker LI and Kapus A. 2006. Cortactin: The gray eminence of the cytoskeleton. Physiology. 21: 352-361.

2. Wu H and Parsons JT. 1993. Cortactin, an 80/85-Kilodalton pp60 src substrate, is a filamentous actin-binding protein enriched in the cell cortex. J. Cell Biol. 120: 1417-1426.

3. Mullins RD et al. 1998. The interaction of the Arp2/3 complex with actin: nucleation, high affinity pointed end capping, and formation of branching networks of actin filaments. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95: 6181-6186.

4. Weed SA et al. 2000. Cortactin localization to sites of actin assembly in lamellipodia requires interactions with F-actin and the Arp2/3 complex. J. Cell Biol. 151:29-40.

5. Goley ED and Welch MD. 2006. The Arp2/3 complex: an actin nucleator comes of age. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 7: 713-726.

6. Weaver AM et al. 2001. Cortactin promotes and stabilizes Arp2/3-induced actin filament network formation. Curr. Biol. 11: 370-374.

7. Egile C et al. 2005. Mechanism of filament nucleation and branch stability revealed by the structure of the Arp2/3 complex at actin branch junctions. PLoS Biol. 3: 1902-1909.

8. Kirkbride KC et al. 2011. Cortactin a multifunctional regulator of cellular invasiveness. Cell Adh. Migr. 5: 187-198.

9. Chen WT. 1989. Proteolytic activity of specialized surface protrusions formed at rosette contact sites of transformed cells. J. Exp. Zool. 251: 167-185.

10. Artym VV et al. 2006. Dynamic interactions of cortactin and membrane type 1 matrix metalloproteinase in invadopodia: defining the stages of invadopodia formation and function. Cancer Res. 66: 3034-3043.

11. Clark ES and Weaver AM. 2008. A new role for cortactin in invadopodia: Regulation of protease secretion. Eur. J. Cell Biol. 87: 581-590.

12. Clark ES et al. 2007. Cortactin is an essential regulator of matrix metalloprotease secretion and extracellular matrix degradation in invadopodia. Cancer Res. 67: 4227-4235.

13. MacGrath SM and Koleske AJ. 2012. Cortactin in cell migration and cancer at a glance. J. Cell Sci. 125: 1621-1626.

14. Martinez-Quiles N et al. 2004. Erk/Src phosphorylation of cortactin acts as a switch onswitch off mechanism that controls its ability to activate N-WASP. Mol. Cell Biol. 24: 5269- 5280.

15. Sangar W et al. 2007. Fer-mediated cortactin phosphorylation is associated with efficient fibroblast migration and is and is dependent on reactive oxygen species generation during integrin-mediated cell adhesion. Mol. Cell Biol. 27: 6140-6152.

16. Boyle SN et al. 2007. A critical role for cortactin phosphorylation by Abl-family kinases in PDGF-induced dorsal-wave formation. Curr Biol. 17: 445-451.

17. Huang C et al. 1997. Down-regulation of the filamentous actin cross-linking activity of cortactin by Src-mediated tyrosine phosphorylation. J. Biol. Chem. 272: 13911-13915.

18. Lua BL and Low BC. 2005. Cortactin phosphorylation as a switch for actin cytoskeleton network and cell dynamics control. FEBS Lett. 579: 577-585.

19. Zhao J et al. 2012. Extracellular signal-regulating kinase (ERK) regulates cortactin ubiquitination and degradation in lung epithelial cells. J. Biol. Chem. 287: 19105-19114.

20. Huang C et al. 1997. Proteolysis of platelet cortactin by calpain. J. Biol. Chem. 272: 19248-19252.

21. Zhang X et al. 2007. HDAC6 modulates cell motility by altering the acetylation level of cortactin. Mol. Cell. 27: 197-213.

22. Meiler E et al. 2012. Cortactin tyrosine phosphorylation promotes its deacetylation and inhibits cell spreading. PLoS ONE. 7: e33662.

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