核内 c-Abl チロシンキナーゼの新規機能：チロシンキナーゼの新規機能：
核内 F-actin bundle の形成
千葉大学大学院医学薬学府 ４年博士課程４年博士課程４年 青山和正

非受容体型チロシンキナーゼ c-Abl は、主に細胞質に局在し、細胞増殖・分化・接着・移動などを制御するシグナル伝達分子である。actin 結合ドメインを持ち、細胞質における actin dynamics に関わる。また、核移行シグナル (NLS) を持っており、核内にも存在することも知られている。しかし、核内における c-Abl の機能は未解明な部分が多い。そこで、我々は c-Abl の核内新規機能を探索し、F-actin bundle を核内に形成することを見出した (発表論文 1) ので以下に解説する。
c-Abl の核局在は細胞質局在に比べ少ないため、NLS をアミノ末端に連結させた核移 行 型 c-Abl (NLS-c-Abl) を 作 成 し た 。 NLS-c-Abl は 大 部 分 が 核 内 に 局 在 し 、NLS-c-Abl が誘導した核内チロシンリン酸化反応は、imatinib (Abl 阻害剤) で完全に阻害された (発表論文 2) ことから、NLS-c-Abl は核内 c-Abl の機能探索において有用なツールと考えられた。NLS-c-Abl を、当研究室で確立した polyethylenimine (pH 4.0)を用いた遺伝子導入法 (発表論文 3) で細胞に発現させた。興味深いことに、NLS-c-Ablは一部の発現細胞において、核内で繊維状に局在していた (図 1)。c-Abl が actin 結合 ド メ イ ン を 有 し て い る こ と か ら 、 actin 重 合 体 (filamentous actin, F-actin) をPhalloidin で染色したところ、繊維状局在した NLS-c-Abl と共局在する束状 のF-actin (F-actin bundle) が検出された。この F-actin bundle は、NLS-c-Abl 非発現細胞では見られないことから、核内 c-Abl は F-actin bundle を形成することがわかった。
Z 軸をずらし 0.9 µm おきに顕微鏡画像を取得したところ、F-actin bundle は核の底面から登頂まで立体的に形成され、長く曲がりくねった構造をしていた。さらに、ß-actin(actin 単量体) の過剰発現により F-actin 形成を促したとき、内在性 c-Abl のノックダウンは、核内 F-actin を減少させた。よって、内在性 c-Ablが核内 F-actin 形成に関わることがわかった。
次に、F-actin bundle 形成における核内 c-Abl のチロシンリン酸化活性の寄与を調べた。
NLS-c-Abl 発現細胞に imatinibを 処 理 し た と こ ろ 、 F-actinbundle 形成が完全に阻害された。しかし、F-actin の核内染色強度が高かったことから、F-actin 形成 (actin 重合) 自体は起こっており、網目状構造の F-actin が形成されているものと考えられた。よって、核内 c-Abl のチロシンリン酸化活性は、F-actin の bundle を形成するのに必要であることが示唆された。 次に、actin 結合ドメインを含むカルボキシ末端の欠損変異体(NLS-c-Abl∆C) を作成した。NLS-c-Abl∆C は、チロシンリン酸化活性を示したが、核内 F-actin の形成は誘導しなかった。よって、核内 F-actin 形成には、actin 結合ドメインが必要であることがわかった。さらに、核移行型 Lyn, Syk チロシンキナーゼは、
NLS-c-Abl∆C 同様、核内でチロシンリン酸化は誘導するが、F-actin の形成は誘導しなかった。よって、核内 F-actin 形成は c-Abl 特異的な機能であることが示唆された。
我々は、これまでに核内チロシンリン酸化が、クロマチン構造変換、ヒストン修飾、遺伝子発現の制御に関わることを示してきた (発表論文 2,4,5)。そこで、核内 c-Ablがチロシンリン酸化活性依存的に誘導した F-actin bundle とクロマチン構造の関係を調べた。DNA と F-actin を共染色すると、核内 F-actin bundle はクロマチンの間に形成されていること、凝縮したクロマチンと部分的に近接していることがわかった。
以上から、核内 c-Abl が核内F-actin bundle を形成することを示した。核内 c-Abl はヒストン修飾を介してクロマチン構造を凝縮させ、遺伝子発現を抑制する (発表論文 2) ことから、
核内 F-actin bundle は、クロマチン近接領域において、ヒストン修飾因子の足場などとなってクロマチン制御、遺伝子発現に関わる可能性が考えられる。
(発表論文)(1) Aoyama, K., Yuki, R., Horiike, Y., Kubota, S., Yamaguchi, N.-t., Morii, M., Ishibashi, K., Nakayama, Y., Kuga, T.,Hashimoto, Y., Tomonaga, T., and Yamaguchi, N. :Formation of long and winding nuclear F-actin bundles by nuclear
c-Abl tyrosine kinase. Exp. Cell Res., 319: 3251-3268, 2013.
(2) Aoyama, K., Fukumoto, Y., Ishibashi, K., Kubota, S., Morinaga, T., Horiike, Y., Yuki, R., Takahashi, A., Nakayama, Y.,and Yamaguchi, N. : Nuclear c-Abl-mediated tyrosine phosphorylation induces chromatin structural changes throughhistone modifications that include H4K16 hypoacetylation. Exp. Cell Res., 317: 2874-2903, 2011.
(3) Fukumoto, Y., Obata, Y., Ishibashi, K., Tamura, N., Kikuchi, I., Aoyama, K., Hattori, Y., Tsuda, K., Nakayama, Y., andYamaguchi, N.: Cost-effective gene transfection by DNA compaction at pH 4.0 using acidified, long shelf-life
polyethylenimine. Cytotechnology, 62: 73-82, 2010.
(4) Ishibashi, K., Fukumoto, Y., Hasegawa, H., Abe, K., Kubota, S.-i., Aoyama, K., Kubota, S., Nakayama, Y., andYamaguchi, N.:Nuclear ErbB4 signaling through H3K9me3 is antagonized by EGFR-activated c-Src. J. Cell Sci., 126:625-637, 2013.
(5) Kubota, S., Fukumoto, Y., Aoyama, K., Ishibashi, K., Yuki, R., Morinaga, T., Honda, T., Yamaguchi, N.-t., Kuga, T.,Tomonaga, T., and Yamaguchi, N.:Phosphorylation of KRAB-associated protein 1 (KAP1) at Tyr-449, Tyr-458, andTyr-517 by nuclear tyrosine kinases inhibits the association of KAP1 and heterochromatin protein 1alpha (HP1alpha)with heterochromatin. J. Biol. Chem., 288: 17871-17883, 2013.