Phosphorylation of Alcadein cytoplasmic domain regulates its axonal transport

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神経細胞は細胞体、樹状突起、軸索からなる、高度に極性化された細胞である。長い軸索中では主にキネシンモーターが細胞体から軸索末端までの分子輸送を担う。軸索中の輸送は神経が正常に機能するために重要であるが、輸送分子の選択機構や輸送制御機構については不明な点が多く残されている。本研究ではキネシン1と直接結合する膜タンパク質である、アルカデインに着目した。この結合はキネシン1を活性化させ、アルカデインを含む輸送小胞は軸索中を輸送される。これまでの解析により、アルカデインの3ヶ所のリン酸化修飾がキネシン1への結合に必要であることを明らかにしており、アルカデインのリン酸化による新規軸索輸送制御機構が示唆されてきた。これを検討するため、アルカデイン非リン酸化模倣変異体を用いて軸索輸送の観察を行った。キネシン１に対する結合減弱により、軸索中の輸送方向には変化は認められなかった一方で、順行性輸送の高速化が観察された。輸送高速化の原因として、細胞体における小胞形成に着目した。アルカデインはAPP(アミロイド前駆体タンパク質)とゴルジ体で三量体を形成すると考えられるが、APPとアルカデインはそれぞれ特異的な輸送小胞を形成し、APPはアルカデインよりも高速に軸索中を輸送される。アルカデイン部分変異体について軸索中の局在を観察することで、キネシン１と強固に結合できないアルカデインは軸索APP小胞へ入り込むことで高速に輸送されていることを明らかにした。さらに、ゴルジ体からの輸送効率を測定することでキネシン１の結合がゴルジ体におけるアルカデイン特異小胞の出芽に必要である可能性を示した。このことから、アルカデイン小胞の形成はキネシン１の直接結合を必要としていること、またアルカデインの軸索輸送はリン酸化によるキネシン１のリクルートによって促進されるという新規の軸索輸送機構および制御機構についての知見を得た。