Localization of the Rab3 Small G Protein Regulators in Nerve Terminals and Their Involvement in Ca2+-dependent Exocytosis*
Localization of the Rab3 Small G Protein Regulators in Nerve Terminals and Their Involvement in Ca2+-dependent Exocytosis*
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Rab3 小 G 蛋白调节剂在神经末梢的定位及其参与 Ca2 依赖性胞吐作用*
DOI：
10.1074/jbc.273.51.34580
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发表时间：
1998
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Y. Takai
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
H. Oishi;Takuya Sasaki;F. Nagano;W. Ikeda;Takeshi Ohya;M. Wada;N. Ide;H. Nakanishi;Y. Takai
Rab3 小 G 蛋白亚家族 (Rab3) 由四个成员组成：Rab3A、-B、-C 和 -D。我们最近分离并表征了 Rab3 调节因子 GDP/GTP 交换蛋白 (GEP) 和 GTP 酶激活蛋白 (GAP)，这两者都是 Rab3 亚家族特有的。 Rab3 GEP 刺激 GDP 结合的非活性形式转化为 GTP 结合的活性形式，而 Rab3 GAP 则刺激逆反应。在 Rab3 亚家族的四个成员中，越来越多的证据表明 Rab3A 参与 Ca2+ 依赖性胞吐作用，特别是神经递质释放。我们首先分析了 Rab3 GEP 和 GAP 在大鼠脑中的亚细胞定位。亚细胞分级分析表明，Rab3 GEP 和 GAP 均富集于突触可溶性级分中。原代培养的大鼠海马神经元的免疫细胞化学分析表明，Rab3 GEP 和 GAP 均集中在突触前神经末梢。然后，我们通过使用培养的 PC12 细胞的人生长激素 (GH) 共表达测定系统检查 Rab3 GEP 和 GAP 是否参与 Ca2+ 依赖性胞吐作用。具有催化活性的 Rab3 GEP 缺失突变体的过表达减少了高 K+ 诱导的 GH 释放，但不影响基础 GH 释放，而缺乏催化活性的缺失突变体的过表达对高 K+ 诱导的 GH 释放没有影响。相反，Rab3 GAP或其具有催化活性的缺失突变体的过表达不影响高K+诱导的GH释放或基础GH释放。这些结果表明 Rab3 GEP 和 GAP 与 Rab3A 在突触释放位点共定位，表明它们调节 Rab3A 的活性并参与 Ca2+ 依赖性胞吐作用。
The Rab3 small G protein subfamily (Rab3) consists of four members, Rab3A, -B, -C, and -D. We have recently isolated and characterized the Rab3 regulators, GDP/GTP exchange protein (GEP) and GTPase activating protein (GAP), both of which are specific for the Rab3 subfamily. Rab3 GEP stimulates the conversion of the GDP-bound inactive form to the GTP-bound active form, whereas Rab3 GAP stimulates the reverse reaction. Of the four members of the Rab3 subfamily, evidence is accumulating that Rab3A is involved in Ca2+-dependent exocytosis, particularly in neurotransmitter release. We first analyzed the subcellular localization of Rab3 GEP and GAP in rat brain. Subcellular fractionation analysis showed that both Rab3 GEP and GAP were enriched in the synaptic soluble fraction. Immunocytochemical analysis in primary cultured rat hippocampal neurons showed that both Rab3 GEP and GAP were concentrated at the presynaptic nerve terminals. We then examined whether Rab3 GEP and GAP were involved in Ca2+-dependent exocytosis by use of human growth hormone (GH) co-expression assay system of cultured PC12 cells. Overexpression of the deletion mutant of Rab3 GEP possessing the catalytic activity reduced the high K+-induced GH release without affecting the basal GH release, whereas that of the deletion mutant lacking the catalytic activity showed no effect on the high K+-induced GH release. In contrast, overexpression of Rab3 GAP or its deletion mutant possessing the catalytic activity did not affect the high K+-induced GH release or the basal GH release. These results indicate that Rab3 GEP and GAP are colocalized with Rab3A at the synaptic release sites and suggest that they regulate the activity of Rab3A and are involved in Ca2+-dependent exocytosis.
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