インテグリンを介したβ-アクチンの酸化還元制御： PDIの出現 CYTOSKELETON NEWS 2014年3月号

細胞運動は、血管新生、創傷治癒、免疫監視機構などの生物学的プロセスにとって不可欠です¹。インテグリンは、αβヘテロ二量体膜貫通型受容体で、細胞と細胞外マトリックス（ECM）との細胞基質接着および細胞-細胞の接着に関連しています（図1）。インテグリンが結合するECMタンパク質には、フィブロネクチン、コラーゲン、ラミニンなどがあり、各ECMタンパク質に対して親和性が異なる複数のインテグリンが存在します（例： 9種類のインテグリンアイソフォームがフィブロネクチンに結合できます）²。従って、細胞接着のダイナミクスと運動性は、細胞に発現するインテグリンのレパートリーに影響を受けており²、様々ながんにおけるインテグリンの発現プロファイルは、浸潤性や転移の増大に関連しています^3,4。

アクチン細胞骨格へのインテグリン受容体シグナルの伝達は、複雑で多面的なプロセスです（図1）。インテグリン受容体は、ECMに結合してクラスターを形成し、アダプタータンパク質（例： タリン、ビンキュリン、α-アクチニン）、Arp2/3 複合体のリクルート、キナーゼの活性化（例： FAK、ILK など）、低分子量Gタンパク質（例： Rho GTPase）など、複数の方法を介してアクチンにシグナルを伝えます¹。また、インテグリンの結合により、さまざまな方法（例： NADPHオキシダーゼ、5-lipoxygenase、ミトコンドリア⁵）で活性酸素種（ROS）が産生され、アクチンの酸化が起こります。β-アクチンには保存されたシステイン残基が6つありますが、そのうちのCys374 だけが、酸化還元感受性があり、球状（単量体）とフィラメント状（重合体）アクチン（それぞれG-アクチンとF-アクチン）両方で利用できます^6-8。β-アクチンの酸化は、インテグリンとフィブロネクチンの結合に応答した細胞の伸展に必要であり、S-グルタチオン化として知られる可逆的なプロセスにおいて、Cys374 とグルタチオン間のジスルフィド結合の形成を介して起こることが示されています⁹。実際には、この修飾によってアクチンを不可逆的な酸化から保護し、下流で起こるイベントのシグナルとなる、二重の役割があります。β-アクチンのS-グルタチオン化によって起こる重要な結果の一つは、細胞接着や移動に必要なステップであるアクトミオシン複合体（すなわち、F-アクチンとミオシン）の分解です⁹（図1）。

図1 インテグリン受容体とECMの相互作用がアクチンダイナミクスに及ぼす影響。インテグリン受容体とECMタンパク質（フィブロネクチン、コラーゲン、ラミニンなど）の結合により、受容体のクラスター化、接着班複合体の形成、局所的なアクチン重合刺激が起こります。これとは対照的に、下流のシグナル伝達により、β-アクチン Cys374 の酸化を促進する ROS の産生が起こります。その結果、この残基はS-グルタチオン化され、β-アクチンがPDIと会合します。このステップは細胞運動に不可欠です。

S-グルタチオン化からの回復には、酵素に依存する方法と、依存しない方法の両方があります^7,10。このプロセスに関与する主要な酵素は、グルタレドキシンだと考えられていますが、チオレドキシン、スルフィレドキシン、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ（PDI）にも、この機能があります^7,11。 PDI の標準的な役割は、小胞体（ER）内で新生タンパク質の正確なジスルフィド結合を形成することです¹²。しかし、PDIは、血小板凝集の際には細胞外でも機能し^13,14、シグナル依存的な方法でERから放出されることが示されています¹⁵。近年の研究から、PDIは、αIIbβ3インテグリンとフィブロネクチンの結合に応答して起こるβ-アクチンの酸化の調節に、主要な役割を果たしていることが示唆されています¹⁶。 Sobierajska ら¹⁶ による研究では、PDIは、インテグリンが活性化された状態でβ-アクチン Cys374 と混合ジスルフィド結合を形成することが示されました（図1）。PDIがERの外側で機能することと一致するように、PDIとβ-アクチンが細胞の伸展に関連する膜突起（葉状仮足）に共局在することが、免疫蛍光実験によって示されています。また、β-アクチンとPDI複合体の生理的な関連性については、PDIのアンチセンスRNAを使用してPDI発現を低下させると細胞接着が阻害され、フィブロネクチン上に分布することからも証明されています。

インテグリンシグナル伝達に応答して起こるβ-アクチンの酸化の調節において、PDIが重要な役割を果たしているという発見から、β-アクチンがS-グルタチオン化される他のシグナル伝達経路においても、PDIが重要であることが示唆されます。また、この分野のさらなる研究が、PDIの他のS-グルタチオン化されたタンパク質における幅広い役割を明らかにし、PDIが結合したタンパク質が疾患のバイオマーカーとなることが期待されます。

Cytoskeleton社では、β-アクチンの酸化還元制御研究にご使用いただける、様々なアクチンベースのツールを提供しています。精製β-アクチン（非筋： 非標識およびローダミン標識）、アクチン重合アッセイキット、G-/F-アクチン in vivo アッセイキット、各種アクチン結合タンパク質（例： α-アクチニン、Arp2/3複合体）、抗体などの商品をご用意しています。

■ CYTOSKELETON NEWS バックナンバー

• 2020年10月号　紡錘体 - 可視化に向けた新規ツール
• 2020年8月号　細胞膜染色用蛍光プローブ
• 2020年4月号　生細胞におけるF-アクチンプローブ
• 2020年3月号　コロナウイルスと細胞骨格
• 2020年2月号　タウ（Tau）の将来性をMapping
• 2020年1月号　Rho GTPaseによる細胞遊走制御

• 2019年12月号　表現型プロファイリング：アクチンに焦点を当てたがん治療
• 2019年11月号　チューブリンの過剰グルタミル化、ミトコンドリア、神経変性
• 2019年9月号　細胞運動性を制御するために相互作用する膜張力とアクチン細胞骨格
• 2019年8月号　Rac1B、がん、およびRac1
• 2019年7月号　Rhoファミリー GTPases、神経可塑性、およびうつ状態
• 2019年6月号　アクチンメチオニン酸化： 動的制御の次の段階
• 2019年5月号　ミクログリアと神経変性疾患
• 2019年2月号　生細胞画像化に対するCNS疾患や障害

※  表示価格について