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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

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CYTOSKELETON NEWS 2014年3月号 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

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

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)。

 

インテグリン受容体とECMの相互作用

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。

参考文献

1. Srichai M.B. and Zent R. 2010. Integrin structure and function. In: Cell-Extracellular Matrix Interactions in Cancer, R. Zent and A. Pozzi, Eds., pp. 19–41, Springer Science+Business Media, LLC., New York, NY.
2. Huttenlocher A. and Horwitz A.R. 2011. Integrins in Cell Migration. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 3, a005074.
3. Seftor R.E.B. et al. 1992. Role of avb3 integrin in human melanoma cell invasion. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A89, 1557-1561.
4. Chan B.M.C. et al. 1990. In vitro and in vivo consequences of VLA-1 expression on rhabdomyosarcoma cells. Science. 251, 1600-1602.
5. Zeller K.S. et al. 2013. The role of mechanical force and ROS in integrin-dependent signals. PLoS ONE8, e64897.
6. Stournaras C. 1990. Exposure of thiol groups and bound nucleotide in G-actin: thiols as an indicator for the native state of actin. Anti-Cancer Res10, 1651-1659.
7. Dalle-Donne I. et al. 2003. Reversible S-glutathionylation of C374 regulates actin filament formation by inducing structural changes in the actin molecule. Free Radic. Biol. Med34, 23-32.
8. Orlova A. et al. 2001. Probing the structure of F-actin: cross-links constrain atomic models and modify actin dynamics. J. Mol. Biol312, 95-106.
9. Fiaschi T. et al. 2006. Redox regulation of beta-actin during integrin-mediated cell adhesion. J. Biol. Chem281, 22983–22991.
10. Grek C.L. et al. 2013. Causes and consequences of cysteine S-glutathionylation. J. Biol. Chem288, 26497-26504.
11. Reinhardt C. et al. 2008. Protein disulfide isomerase acts as an injury response signal that enhances fibrin generation via tissue factor activation. J. Clin. Invest118, 1110-1122.
12. Noiva R. 1999. Protein disulfide isomerase: The multifunctional redox chaperone of the endoplasmic reticulum. Semin. Cell Dev. Biol10, 481-493.
13. Essex D.W. and Li M. 2003. Redox control of platelet aggregation. Biochemistry. 42, 129-136.
14. Jasuja R. et al. 2010. Endothelium-derived but not platelet-derived protein disulfide isomerase is required for thrombus formation in vivo. Blood. 116, 4665-4674.
15. Safran M. et al. 1992. Thyroid hormone-dependent redistribution of the 55-kilodalton monomer of protein disulfide isomerase in cultured glial cells. Endocrinology131, 2413-2418.
16. Sobierajska K. et al. 2014. PDI directly interacts with b-actin Cys374 and regulates cytoskeleton reorganization. J. Biol. Chem. doi: 10.1074/jbc.M113.479477.

アクチン結合タンパク質

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Acti-stainTM 488 phalloidin詳細データ CYT PHDG1-A 1*500 UL
[300 slides]
¥64,000
Acti-stainTM 555 phalloidin詳細データ CYT PHDH1-A 1*500 UL
[300 slides]
¥64,000
Acti-stainTM 670 phalloidin詳細データ CYT PHDN1-A 1*500 UL
[300 slides]
¥64,000
α-actinin (skeletal muscle), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AT01-A 2*50 UG
¥84,000
α-actinin (rabbit skeletal muscle), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AT01-C 10*50 UG
¥281,000
Arp2/3 Protein Complex, Porcine詳細データ CYT RP01P-A 2*50 UG
¥121,000
Arp2/3 Protein Complex, Porcine詳細データ CYT RP01P-B 6*50 UG
¥309,000
Cofilin, Human, Unlabeled詳細データ CYT CF01-A 1*100 UG
¥75,000
Cofilin, Human, Unlabeled詳細データ CYT CF01-C 4*100 UG
¥237,000
Gelsolin (Plasma), Human詳細データ CYT HPG6-A 4*20 UG
¥99,000
Gelsolin (Plasma), Human詳細データ CYT HPG6-B 20*20 UG
¥320,000
Myosin: Heavy Meromyosin, Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT MH01-A 4*50 UG
¥81,000
Myosin Skeletal Muscle, Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT MY02-B 20*1 MG
¥267,000
Myosin Skeletal Muscle, Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT MY02-A 5*1 MG
¥92,000
Myosin Cardiac Muscle詳細データ CYT MY03-A 5*1 MG
¥92,000
Myosin Cardiac Muscle詳細データ CYT MY03-B 20*1 MG
¥267,000
Profilin 1, Human, Unlabeled詳細データ CYT PR01-A 1*50 UG
販売終了
Phalloidin; Fluorescent Derivatives (Acti-StainTM 535), Rhodamine Isothiocyanate詳細データ CYT PHDR1 1*500 UL
[300 slides]
¥64,000
VCA domain of WASP, Human詳細データ CYT VCG03-A 1*500 UG
¥145,000

アクチンタンパク質

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Actin Protein (platelet non-muscle, >99% pure), Human, Unlabeled詳細データ CYT APHL99-A 2*250 UG
¥64,000
Actin Protein (platelet non-muscle, >99% pure), Human, Unlabeled詳細データ CYT APHL99-C 1*1 MG
¥106,000
Actin Protein (skeletal muscle, >95% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL95-B 1*1 MG
¥28,000
Actin Protein (skeletal muscle, >95% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL95-C 5*1 MG
¥111,000
Actin Protein (cardiac muscle, >99% pure), Bovine, Unlabeled詳細データ CYT AD99-A 1*1 MG
¥36,000
Actin Protein (cardiac muscle, >99% pure), Bovine, Unlabeled詳細データ CYT AD99-B 5*1 MG
¥148,000
Actin Protein, smooth muscle, >99% pure詳細データ CYT AS99-A 1*1 MG
¥36,000
Actin Protein, smooth muscle, >99% pure詳細データ CYT AS99-B 5*1 MG
¥148,000
Actin Protein (platelet non-muscle, >99% pure), Human, Unlabeled詳細データ CYT APHL99-E 5*1 MG
お問い合わせ
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-A 4*250 UG
¥58,000
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-B 2*1 MG
¥70,000
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-C 5*1 MG
¥139,000
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-D 10*1 MG
¥266,000
Actin protein (rabbit skeletal muscle, >99% pure), Rabbit, Unlabeled詳細データ CYT AKL99-E 20*1 MG
お問い合わせ
Actin Protein (biotin, skeletal muscle), Rabbit, Biotin詳細データ CYT AB07-A 5*20 UG
¥90,000
Actin Protein (biotin, skeletal muscle), Rabbit, Biotin詳細データ CYT AB07-C 20*20 UG
¥250,000
Pre-formed actin filaments (rabbit skeletal muscle), Rabbit詳細データ CYT AKF99-A 1*1 MG
¥55,000
Pre-formed actin filaments (rabbit skeletal muscle), Rabbit詳細データ CYT AKF99-B 5*1 MG
¥196,000
Actin Protein (pyrene, skeletal muscle), Rabbit詳細データ CYT AP05-A 1*1 MG
¥60,000
Actin Protein (pyrene, skeletal muscle), Rabbit詳細データ CYT AP05-B 5*1 MG
¥257,000
Actin Protein (rhodamine, platelet non-muscle), Human, Rhodamine Isothiocyanate詳細データ CYT APHR-A 4*10 UG
¥87,000
Actin Protein (rhodamine, platelet non-muscle), Human, Rhodamine Isothiocyanate詳細データ CYT APHR-C 20*10 UG
¥269,000
Actin Protein (rhodamine, skeletal muscle), Rabbit, Rhodamine Isothiocyanate詳細データ CYT AR05-B 10*20 UG
¥84,000
Actin Protein (rhodamine, skeletal muscle), Rabbit, Rhodamine Isothiocyanate詳細データ CYT AR05-C 20*20 UG
¥163,000

アクチン関連タンパク質

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Anti Cofilin w/positive control, Human (Rabbit) Unlabeled詳細データ CYT ACFL02-A 1*50 UG
販売終了
Anti Cofilin w/positive control, Human (Rabbit) Unlabeled詳細データ CYT ACFL02-B 3*50 UG
販売終了
Anti Actin w/positive control, Human (Rabbit) Unlabeled詳細データ CYT AAN01-A 1*100 UG
販売終了
Anti Actin w/positive control, Human (Rabbit) Unlabeled詳細データ CYT AAN01-B 3*100 UG
販売終了
Anti Profilin w/positive control, Human (Rabbit) Unlabeled詳細データ CYT APUF01-A 1*50 UG
¥81,000

アクチンタンパク質キット

品名 メーカー 品番 包装 希望販売価格
Actin Binding Protein Spin-Down Biochem Kit (Non-muscle)詳細データ CYT BK013 1 KIT
[30-100 assays]
¥224,000
Actin Binding Protein Spin-down Biochem Kit (for muscle)詳細データ CYT BK001 1 KIT
[30-100 assays]
¥220,000
Actin Polymerization Biochem Kit, Rabbit詳細データ CYT BK003 1 KIT
[30-100 assays]
¥251,000
F-Actin Visualization Biochem Kit詳細データ CYT BK005 1 KIT
[300 slides]
¥114,000
G-Actin : F-Actin In Vivo Assay Kit, Mouse詳細データ CYT BK037 1 KIT
[30-100 assays]
¥211,000

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