Force-dependent control of cell-to-cell adhesion through the regulation of ZO-1 phase separation

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細胞間接着構造の一種であるタイトジャンクションは、ZO-1を主要な足場タンパク質として多種のタンパク質が組織化しており、隣接細胞同士を密着させることで上皮組織のバリア機能等を担っている。近年、このタイトジャンクションの形成が、ZO-1を中心とした液-液相分離によって駆動されることが明らかにされた。我々は、ZO-1がタイトジャンクションだけではなく細胞質においても液―液相分離によって凝集体を形成しており、この細胞質凝集体が力学的刺激に応答して生成・消失することなどを明らかにした研究実績をもとに、本研究では、このZO-1のダイナミックな局在変化がMDCK細胞の創傷治癒過程における集団遊走において果たす役割について調べた。まず、細胞集団遊走時のZO-1の局在変化を観察したところ、タイトジャンクション・細胞質凝集体の他に、細胞の基底面においてもZO-1が一過的に集積し構造体を形成していることが観察された。この基底面のZO-1構造体は、遊走する細胞の前端部分において観察され、細胞の集団遊走に伴ってその形成は集団後方へと伝播した。また、免疫蛍光観察時にアクチンフィラメントとの共局在が観察されたことや、アクチン結合ドメインを欠失したZO-1ではその形成が観察されなかったことなどから、基底面のZO-1構造体の形成はアクチン依存的であることが示唆され、細胞の力学的性質や遊走能の制御に関与している可能性が考えられた。本研究では、これまでタイトジャンクションで静的な構造体形成を担っていると考えられてきたZO-1が、タイトジャンクション・細胞質凝集体・基底面構造体という三つの構造体にまたがってその局在をダイナミックに変化させ、細胞の集団的遊走において細胞-細胞間、細胞-基質間の力学的相互作用を協調的に制御するしくみがあることを実証する。