Rab は分子スイッチとして働く

Rab11 Rab11 GTP GDP

GDP/GTP交換因子 (GEF)

GTPase活性化因子 GTPからGDPへの加水分解

エフェクター

・細胞内物質輸送 （分泌、物質の取り込み） ・オルガネラ動態　　　 ・細胞質分裂 ・細胞の運動，接着　など

スイッチ  オフ

スイッチ  オン

GDP  (guanosine  di-­‐phosphate;  グアノシン-­‐5'-­‐二リン酸)  GTP  (guanosine  tri-­‐phosphate;  グアノシン-­‐5'-­‐三リン酸)  

このような分子を  低分子量GTPase  

という

図１

Rab11は様々な細胞内物質輸送を担う重要な低分子量GTPaseである

・膜タンパク質のリサイクリング ・分泌　　　・細胞質分裂 ・細胞の運動，接着　など

Rab11 膜タンパク質

リサイクリング エンドソーム，

ゴルジ体

分裂溝に 局在化

Rab11 Rab11 GTP GDP

GDP/GTP交換因子 (GEF)

GTPase活性化因子 (GAP)

エフェクター

図２

Rab11の多彩な役割

• 細胞内と細胞表面の膜タンパク質のリサイクリング  

 (GLUT-­‐4糖輸送体、トランスフェリン受容体，インテグリン等）  

• 細胞からの分泌  (インスリン等）  • 細胞の移動  

• 細胞の伸張  

• 細胞の分裂  

など生命にとって非常に重要な役割を担っている．  

ガン細胞の転移やアルツハイマー病，ハンチントン病等の 神経疾患との関連も示唆されている．

図３

RAB-11のGDP/GTP交換因子の探索

244 a.a.

431 a.a.

REI-1

REI-2

酵母 two-hybrid スクリーニング

新規結合因子　REI (RAB-eleven interacting protein)

・受容体のリサイクリング ・分泌　　・細胞質分裂 ・細胞の運動，接着　など

不活性型  Rab11

図４

REI-1/-2はショウジョウバエや哺乳動物にも存在する

455SH3BP5

431(K03E6.7)

477Poirot26% identity

244a.a.線虫REI-1

SH3-Binding Protein 5 domain Btk-binding motif

jq11 jq10

jq23

23% identity

BAR domain

a.a.

a.a.

a.a.

(C03C10.4)

REI-2

DeletionF-BAR domain

ヒト

ショウジョウバエ

図５

Rab11 Rab11

Mant-GDP

Mant-GDP

GDP/GTP交換因子活性測定法

蛍光色素

GTP類似物

蛍光 蛍光の減弱

GTP類似物

Mant-GDP 解離

GDP/GTP交換因子(GEF)

図６

366nm

443nm

励起

GTP類似物  (GMP-­‐PMP)  GTPと類似しているが、  GDPに加水分解されない

REI-1 はRAB-11 に対して強いGEF 活性を示す MANT-GDPの RAB-11からの解離

GTP analogue added

REI-­‐1が存在するとRAB-­‐11からMANT-­‐GDPが  すみやかに解離し、蛍光が減弱する．

蛍光

の強

さ  (4

43nm

)

時間

図７

REI-1 のRab11 に対するGEF 活性は 種をこえて保存されている

(ヒト  Rab11)

(ヒト  REI-­‐1)

(線虫  REI-­‐1)

図８

蛍光

の強

さ  (4

43nm

)

時間

0

50

100

150

200

250

300

350

400

N2 rei-1(jq10) rei-1(jq11) rei-2(jq23) rei-1(jq10);rei-2(jq23)

rei-1(jq11);rei-2(jq23)

emb w/shell

adults/larva

WT

400350300250200150100500

rei-2(jq23)

rei-1(jq11)

rei-1(jq10)

rei-1(jq10); r

ei-2(jq23)

rei-1(jq11); r

ei-2(jq23)

産仔数

胚性致死成虫

rei-1; rei-2 欠損線虫では産卵数が減少する

rei-1 (jq11)

rei-1 (jq10)

rei-2 (jq23)

rei-1 (jq11); rei-2

(jq23)

rei-1 (jq10); rei-2 (jq23)

正常 線虫

図９

正常卵 rei-1(jq10); rei-2(jq23) GFP::RAB-11

rei-1; rei-2 欠損胚ではRAB-11の位置が異常になる

正常卵においてRab11はドット状の  膜構造（ゴルジ体等）に存在する

rei-­‐1;  rei-­‐2欠損卵においては  Rab11はドット状の膜構造に  あまり存在しなくなる

図１０

0  

50  

100  

150  

200  

WT  

rei-­‐1

 

rei-­‐2

 

rei-­‐1

;rei-­‐2  

WT  

rei-­‐1

 

rei-­‐2

 

rei-­‐1

;rei-­‐2  

2-­‐cell   4-­‐cell  

GFP::RAB-­‐11  Puncta  Numbers  

rei-1;rei-2 欠損卵ではRAB-11がドット状の膜構造に存在しない

2-cell 4-cell

rei-1 rei-1; rei-2

rei-2 WT

WT

GFP::RAB-11のドットの数

rei-1(jq10)

WT

rei-2(jq23) rei-1; rei-2

rei-1 rei-1; rei-2

rei-2 0  

100  200  300  400  500  600  700  800  

WT  

rei-­‐1

 

rei-­‐2

 

rei-­‐1

;rei-­‐2  

WT  

rei-­‐1

 

rei-­‐2

 

rei-­‐1

;rei-­‐2  

2-­‐cell   4-­‐cell  

GFP::RAB-­‐11  Total  Intensity  GFP::RAB-11の蛍光の強さ

2-cell 4-cell

rei-1 rei-1; rei-2

rei-2 WT WT rei-1 rei-1; rei-2

rei-2

図１１

rei-1; rei-2 変異体の初期胚ではRAB-11の細胞分裂面への集積が減少する

40s

0s

80s

1-cell rei-1; rei-2 欠損卵 正常卵

40s

0s

80s

細胞分裂面

図１２

rei-1, rei-1; rei-2 欠損卵では細胞分裂が遅延する 図13

180s 195s 210s 225s

0

50

100

150

200

250

WT N2 rei-1(jq10) rei-2(jq23) rei-1(jq10); rei-2(jq23)

*** ***

WT rei-1; rei-2

rei-2(jq23)

rei-1(jq10)

250

200

150

100

50

0Dura

tion

for c

ytok

ines

is (s

ec.)

細胞

分裂

時間

REI-1

ゴルジ体

RAB-11-GDP

細胞 分裂面

線虫初期胚におけるモデル

1. REI-1はゴルジ体で RAB-11を活性化

2. 活性化された RAB-11はゴルジ体や細胞分裂面へ局在化

・rei-1 変異体では RAB-11がゴルジ体，

細胞分裂面に 局在できない

ゴルジ体以降の 膜構造

細胞質分裂の遅延

RAB-11-GTP

図14

REI-­‐1は線虫からヒトまで保存された  まったく新しいタイプのRab11のGDP/GTP交換因子である

今後の展望  Rab11A，Rab11B  アルツハイマー病の１つの原因である β  アミロイドの産生に働くことが報告されており，アルツハイマー病の患者さんの遺伝子(exome)解析でも関連性が示唆されている  （Udayarら,  Cell  Reports,  2013等）．  →　Rab11活性を低下させると β  アミロイドの産生が低下する  

Rab11C(Rab25)  卵巣ガンや乳ガンにおいて高発現しており，この因子が細胞表面にあるα5β1インテグリンという因子を活発にリサイクリングさせることによって，細胞移動を促進し，ガン細胞の転移に関与すると考えられている（Dozynkiewiczら,  Dev.  Cell,  2012など）．  →　Rab11C  (Rab25)  の活性を阻害すると卵巣癌の増殖を  　　阻害する　(Fanら，Pathology,  2006)  

ヒトREI-­‐1  (SH3BP5)  はこのような疾患に対する  創薬の新たなターゲットになる可能性がある．

図15