VEGFはコフィリンとArp2/3複合体の活性化を誘発する

VEGF Triggers the Activation of Cofilin and the Arp2/3 Complex within the Growth Cone.

• Matthias Schlau
• Daniel Terheyden-Keighley
• Verena Theis
• Hans Georg Mannherz
• Carsten Theiss

抄録

神経細胞ネットワークの発達と再生に重要な神経細胞の構造は、軸索成長円錐です。軸索成長円錐は、さまざまな誘導の合図の影響を受けて所定の方向に成長し、最終目的地に到達します。その一つが血管内皮増殖因子（VEGF）であり、この因子は成長円錐体の運動にポジティブなエフェクターであることが確認されています。これらのポジティブな効果は、主にアクチンネットワークの再編成によって媒介される。本研究では、VEGFがニワトリ後根神経節（DRG）内のアクチン細胞骨格にコフィリンとArp2/3複合体の緊密なコロケーションを誘発することを示している。GFP（緑色蛍光タンパク質）-コフィリンとRFP（赤色蛍光タンパク質）-LifeActのマイクロインジェクション後のライブセルイメージングは、両方の標識されたタンパク質が急速に成長コーン内に再分布し、VEGFの補充後に一致した分布パターンを示したことを明らかにした。LIM-キナーゼ（LIMK）活性を阻害することでコフィリン上流のシグナル伝達を阻害すると、成長円錐体は退行性の成長挙動を示すようになった。GFP-p16b（Arp2/3複合体のサブユニット）とRFP-LifeActをマイクロインジェクションしたところ、両方のタンパク質がVEGF刺激後数分以内に成長円錐体のラメリポディアに再分布していることが明らかになった。VEGFの存在下でN-WASP（神経細胞のWiskott-Aldrich-Scottタンパク質）を阻害することでArp2/3複合体へのシグナル伝達が阻害されると、成長円錐体が後退することが明らかになった。このことから、コフィリンとArp2/3複合体は、DRG成長円錐体のアクチン細胞骨格へのVEGFシグナル伝達の下流エフェクタータンパク質であると考えられる。我々のデータは、コフィリンの活性化がLIMKの阻害を介して起こるのに対し、Arp2/3の活性化はN-WASPの刺激によって達成されるため、VEGFがアクチン細胞骨格へのシグナル伝達の異なる経路に同時に影響を与えていることを示唆している。

A crucial neuronal structure for the development and regeneration of neuronal networks is the axonal growth cone. Affected by different guidance cues, it grows in a predetermined direction to reach its final destination. One of those cues is the vascular endothelial growth factor (VEGF), which was identified as a positive effector for growth cone movement. These positive effects are mainly mediated by a reorganization of the actin network. This study shows that VEGF triggers a tight colocalization of cofilin and the Arp2/3 complex to the actin cytoskeleton within chicken dorsal root ganglia (DRG). Live cell imaging after microinjection of GFP (green fluorescent protein)-cofilin and RFP (red fluorescent protein)-LifeAct revealed that both labeled proteins rapidly redistributed within growth cones, and showed a congruent distribution pattern after VEGF supplementation. Disruption of signaling upstream of cofilin via blocking LIM-kinase (LIMK) activity resulted in growth cones displaying regressive growth behavior. Microinjection of GFP-p16b (a subunit of the Arp2/3 complex) and RFP-LifeAct revealed that both proteins redistributed into lamellipodia of the growth cone within minutes after VEGF stimulation. Disruption of the signaling to the Arp2/3 complex in the presence of VEGF by inhibition of N-WASP (neuronal Wiskott-Aldrich-Scott protein) caused retraction of growth cones. Hence, cofilin and the Arp2/3 complex appear to be downstream effector proteins of VEGF signaling to the actin cytoskeleton of DRG growth cones. Our data suggest that VEGF simultaneously affects different pathways for signaling to the actin cytoskeleton, since activation of cofilin occurs via inhibition of LIMK, whereas activation of Arp2/3 is achieved by stimulation of N-WASP.