Research Abstract


Ubiquitin-proteasome system controls ciliogenesis at the initial step of axoneme extension

2014年10月1日 Nature Communications 5 : 5081 doi: 10.1038/ncomms6081

一次繊毛は微小管から構成される感覚小器官で、発生の際、また組織恒常性を維持する際の多数の重要なシグナルを制御している。一次繊毛のダブレット微小管構造は軸糸と呼ばれ、細胞周期が止まる際に複数の段階を経て母中心小体(基底小体)の遠位末端から直接伸長する。しかし、軸糸伸長の開始を指令するシグナルについてはよく分かっていなかった。本論文では、ユビキチン-プロテアソーム系が一次繊毛形成の負の調節因子であるトリコプレイン(trichoplein)を母中心小体から除去し、それによってオーロラA(Aurora-A)の不活性化を誘導することで、一次繊毛の形成を促進することを示す。プロテアソーム阻害剤の投与、あるいはユビキチン化されないトリコプレイン変異体(K50/57R)の発現によって母中心小体のトリコプレインが安定化されると、一次繊毛形成は停止する。2段階の網羅的なE3スクリーニングから始まる一連の実験によって、KCTD17を基質認識タンパク質とするCul3-RING E3リガーゼ(CRL3)がトリコプレインをポリユビキチン化することが突き止められた。KCTD17を特異的にノックダウンすると、トリコプレイン-オーロラA活性が異常になり一次繊毛形成は軸糸伸長の最初の段階で停止する。従って、一次繊毛形成の際にCRL3-KCTD17はトリコプレインをタンパク質分解の標的とすることで軸糸伸長を開始させる。

笠原 広介1,2, 川上 和孝3, 清野 透4, 米村 重信5, 河村 義史6, 江良 沙穂1, 松崎 文雄7, 五島 直樹3 & 稲垣 昌樹1,8

  1. 愛知県がんセンター研究所 腫瘍医化学部
  2. 名古屋市立大学大学院 薬学研究科 腫瘍制御学
  3. 産業技術総合研究所 創薬分子プロファイリング研究センター
  4. 国立がん研究センター 発がん機構研究グループ ウイルス発がん研究分野
  5. 理化学研究所 発生・再生科学総合研究センター 電子顕微鏡解析室
  6. バイオ産業情報化コンソーシアム
  7. 理化学研究所 発生・再生科学総合研究センター 非対称細胞分裂研究グループ
  8. 名古屋大学大学院 医学系研究科 細胞腫瘍学
Primary cilia are microtubule-based sensory organelles that organize numerous key signals during developments and tissue homeostasis. Ciliary microtubule doublet, named axoneme, is grown directly from the distal end of mother centrioles through a multistep process upon cell cycle exit; however, the instructive signals that initiate these events are poorly understood. Here we show that ubiquitin-proteasome machinery removes trichoplein, a negative regulator of ciliogenesis, from mother centrioles and thereby causes ​Aurora-A inactivation, leading to ciliogenesis. Ciliogenesis is blocked if centriolar trichoplein is stabilized by treatment with proteasome inhibitors or by expression of non-ubiquitylatable trichoplein mutant (K50/57R). Started from two-stepped global E3 screening, we have identified ​KCTD17 as a substrate-adaptor for Cul3-RING E3 ligases (CRL3s) that polyubiquitylates trichoplein. Depletion of ​KCTD17 specifically arrests ciliogenesis at the initial step of axoneme extension through aberrant trichoplein-​Aurora-A activity. Thus, CRL3-​KCTD17 targets trichoplein to proteolysis to initiate the axoneme extension during ciliogenesis.