[論文レビュー] Self Organized Criticality in the Neural Networks

M. N. Najafi|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2013

Neural Networks and Applications参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、FGF2/4/8シグナルにより活性化されるRhoDが、mDia3Cを介してアクチンの重合を誘導することで、安定的で移動性のある、サブセルラー膜様小胞を輸送し、細胞間コミュニケーションを媒介する、サブセルラー膜様の突出部を形成する主要な調節因子であることが同定された。RhoD-mDia3C軸は、FGF誘導性の突出部形成と機能に不可欠である。

ABSTRACT

The small GTPase RhoD regulates actin cytoskeleton to collapse actin stress fibers and focal adhesions, resulting in suppression of cell migration and cytokinesis. It also induces alignment of early endosomes along actin filaments and reduces their motility. We show here that a constitutively activated RhoD generated two types of actin-containing thin peripheral cellular protrusions distinct from Cdc42-induced filopodia. One was longer, almost straight, immotile, and sensitive to fixation, whereas the other was shorter, undulating, motile, and resistant to fixation. Moreover, cells expressing wild-type RhoD extended protrusions toward fibroblast growth factor (FGF) 2/4/8-coated beads. Stimulation of wild-type RhoD-expressing cells with these FGFs also caused formation of cellular protrusions. Nodules moved through the RhoD-induced longer protrusions, mainly toward the cell body. Exogenously expressed FGF receptor was associated with these moving nodules containing endosome-like vesicles. These results suggest that the protrusions are responsible for intercellular communication mediated by FGF and its receptor. Accordingly, the protrusions are morphologically and functionally equivalent to cytonemes. RhoD was activated by FGF2/4/8. Knockdown of RhoD interfered with FGF-induced protrusion formation. Activated RhoD specifically bound to mDia3C and facilitated actin polymerization together with mDia3C. mDia3C was localized to the tips or stems of the protrusions. In addition, constitutively activated mDia3C formed protrusions without RhoD or FGF stimulation. Knockdown of mDia3 obstructed RhoD-induced protrusion formation. These results imply that RhoD activated by FGF signaling forms cytoneme-like protrusions through activation of mDia3C, which induces actin filament formation.

研究の動機と目的

• 細胞移動および胞質分裂におけるアクチン骨格ダイナミクスの調節に果たすRhoDの役割を調査すること。
• FGFシグナルに応答して形成・機能する特殊なアクチン骨格に基づく突出部にRhoDがどのように影響を与えるかを特定すること。
• RhoDがmDia3Cと相互作用することで、突出部形成を制御する分子機構を解明すること。

提案手法

• 恒常的に活性化されたRhoDの発現により、哺乳類細胞にアクチンを含む異なるタイプの突出部を誘導すること。
• FGFを含むビーズを用いて、野生型RhoDを発現する細胞を刺激し、突出部誘導を評価すること。
• ライブセルイメージングおよび固定処理実験により、突出部の形態、動態、安定性を特徴づけること。
• 共免疫沈降およびプルダウン解析を用いて、RhoDとmDia3Cの結合を検証すること。
• RhoDまたはmDia3のRNAiによるノックダウンを用いて、突出部形成における機能的依存性を評価すること。
• 免疫蛍光法および共焦点顕微鏡法を用いて、mDia3Cが突出部の先端および幹部に局在することを特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RhoDはフィロポディアとは異なるアクチン骨格に基づく突出部の形成をどのように調節するか？
• RQ2 FGF2/4/8はRhoDを活性化し、突出部形成を誘導する役割を果たすのか？
• RQ3 RhoDはmDia3Cとどのように相互作用し、突出部内でのアクチン重合を促進するか？
• RQ4 RhoD誘導性の突出部は、細胞間シグナル伝達においてシナプス様小胞と同等の機能を果たすのか？
• RQ5 mDia3CはRhoDに依存する突出部形成にどの程度必要不可欠であるか？

主な発見

• 恒常的に活性化されたRhoDは、2種類の形態的特徴が異なるアクチンを含む突出部を誘導した：長くまっすぐで、動かず、固定に感受性があるものと、短くうねりがあり、動けるが固定に耐性があるもの。
• 野生型RhoDを発現する細胞は、FGF2/4/8を含むビーズに向かって突出部を伸ばし、FGF刺激のみで突出部形成が誘導された。
• 内包されたエンドソーム様小胞を有するノードが、より長いRhoD誘導性の突出部に沿って細胞体に向かって移動しており、輸送機能を示唆した。
• 外因性に発現されたFGF受容体が、これらの移動するノードに関連していたことから、機能的な細胞間シグナル伝達能力があることが示された。
• 活性化されたRhoDはmDia3Cに特異的に結合し、mDia3Cと協働してアクチン重合を促進した。
• RhoDまたはmDia3のノックダウンにより突出部形成が破綻し、恒常的に活性化されたmDia3CはRhoDやFGFの入力がなくても突出部を誘導した。