[논문 리뷰] Self Organized Criticality in the Neural Networks

M. N. Najafi|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 03.

Neural Networks and Applications참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 FGF2/4/8 신호전달에 의해 활성화되어 mDia3C를 통해 액틴 중합을 유도함으로써 안정적이고 이동성이 있는 돌출을 형성하는 RhoD가 체세포 세포에서 사이토네임 유사 돌출을 핵심 조절자로 규명한다. 이 돌출은 엔도좀 유사 소포를 운반하고 세포 간 소통을 매개한다. RhoD-mDia3C 축은 FGF 유도 돌출 형성과 기능에 필수적이다.

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.

연구 동기 및 목표

• 세포 이동과 세포분열 동안 액틴 세 cytoskeleton 동역학을 조절하는 RhoD의 역할을 조사하기 위해.
• FGF 신호전달에 대한 반응으로 RhoD가 특수한 액틴 기반 돌출의 형성과 기능에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• RhoD가 mDia3C와의 상호작용을 통해 돌출 형성 조절 메커니즘을 밝혀내기 위해.

제안 방법

• 세포 내 액틴을 포함한 돌출을 유도하기 위해 지속적으로 활성화된 RhoD의 발현.
• 세포에 FGF를 코팅한 볼을 사용하여 RhoD를 발현한 세포를 자극하고 돌출 유도를 평가.
• 실시간 세포 영상 촬영 및 고정 실험을 통해 돌출의 형태, 이동성 및 안정성 특성 분석.
• 공면역침전 및 풀다운 분석을 통해 RhoD가 mDia3C와 결합하는지 테스트.
• RhoD 또는 mDia3의 RNAi를 통한 노크다운을 통해 돌출 형성에 대한 기능적 의존성 평가.
• 면역형광 및 공성형광 현미경을 통해 mDia3C가 돌출 끝부분과 기둥에 국한되어 있음을 확인.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RhoD는 필로포디아와 다른 특성의 액틴 기반 돌출을 어떻게 조절하는가?
• RQ2 FGF2/4/8은 RhoD를 어떻게 활성화하고 돌출 형성을 어떻게 유도하는가?
• RQ3 RhoD는 mDia3C와 어떻게 상호작용하여 돌출 내 액틴 중합을 촉진하는가?
• RQ4 RhoD에 의해 유도된 돌출은 세포 간 신호 전달에서 사이토네임과 기능적으로 동일한가?
• RQ5 RhoD에 의한 돌출 형성에 있어 mDia3C의 필요성은 무엇인가?

주요 결과

• 지속적으로 활성화된 RhoD는 두 가지 형태적으로 구별되는 액틴을 포함한 돌출을 유도하였다: 길고 직선이며 이동성이 없고 고정에 민감한 돌출과 짧고 굴곡이 있으며 이동성이 있고 고정에 내성적인 돌출.
• 형태적 정상 RhoD를 발현한 세포는 FGF2/4/8 코팅 볼 쪽으로 돌출을 연장하였고, FGF 자극만으로도 돌출 형성이 유도되었다.
• 엔도좀 유사 소포를 포함한 덩어리들이 더 긴 RhoD에 의해 유도된 돌출을 따라 세포 본체 쪽으로 이동하는 것으로 관찰되어 운반 기능을 시사했다.
• 외재적으로 발현된 FGF 수용체는 이동하는 덩어리와 연관되어 있었으며, 이는 기능적인 세포 간 신호 전달 능력을 지닌다는 것을 시사했다.
• 활성화된 RhoD는 특정적으로 mDia3C와 결합하고, mDia3C와 협동하여 액틴 중합을 촉진하였다.
• RhoD 또는 mDia3의 노크다운은 돌출 형성을 방해하였고, 지속적으로 활성화된 mDia3C만으로도 RhoD 또는 FGF 자극 없이도 돌출 형성이 유도되었다.