ヒトTUBB3の疾患関連変異がネットリン反発シグナル伝達を阻害する

Disease-associated mutations in human TUBB3 disturb netrin repulsive signaling.

• Qiangqiang Shao
• Tao Yang
• Huai Huang
• Tanushree Majumder
• Bhakti Ajit Khot
• Mohammad Masoudian Khouzani
• Farrah Alarmanazi
• Yasmin K Gore
• Guofa Liu

抄録

ヒトTUBB3遺伝子のミスセンス変異は、軸索誘導や神経細胞移動の障害に関連した様々な神経障害を引き起こすが、その根底にある分子機構はよくわかっていない。最近の研究では、微小管内の動的TUBB3とネットリン受容体との直接的な結合がネットリン-1介在性軸索誘導に必要であること、ネットリン-1反発性受容体UNC5CとTUBB3との相互作用がネットリン-1介在性軸索反発に関与していることが示されている。ここでは、TUBB3の突然変異が発生神経系におけるネットリン-1/UNC5Cの反発性シグナル伝達に影響を与えることを報告する。これまでに報告された12の変異体のうち、5つの変異体はUNC5Cとの相互作用が野生型TUBB3と比較して有意に減少していた。TUBB3変異体R262CとR62Qは、マウスの初代ニューロンの成長円錐末梢領域でUNC5Cとの細胞内コロケーションが減少した。Netrin-1は、成長円錐部におけるUNC5Cの野生型TUBB3とのコロケーションを減少させるが、TUBB3変異体R262CおよびR62Qとのコロケーションは減少しなかった。インビトロコセデーションアッセイの結果から、netrin-1は野生型TUBB3を発現しているマウスの初代ニューロンにおいて、UNC5Cと重合微小管とのコセデーションを阻害するが、R262CやR62Qは阻害しないことが示された。R262CまたはR62Qの発現は、in vitroでのEGL一次細胞のnetrin-1誘発性成長円錐崩壊と軸索反発を阻害するだけでなく、ニワトリ後根神経節ニューロンの軸索突出欠損をもたらすことがわかった。本研究では、ヒトのTUBB3変異がnetrin-1/UNC5Cを介した反発に特異的に影響を与えることを明らかにした。

Missense mutations in the human TUBB3 gene cause a variety of neurological disorders associated with defects in axon guidance and neuronal migration, but the underlying molecular mechanisms are not well understood. Recent studies have shown that direct coupling of dynamic TUBB3 in microtubules with netrin receptors is required for netrin-1-mediated axon guidance, and the interaction of netrin-1 repulsive receptor UNC5C with TUBB3 is involved in netrin-1 mediated axonal repulsion. Here, we report that TUBB3 mutations perturb netrin-1/UNC5C repulsive signaling in the developing nervous system. Among twelve mutants reported in previous studies, five of them show significantly reduced interaction with UNC5C in comparison to the wild-type TUBB3. TUBB3 mutants R262C and R62Q exhibit decreased subcellular colocalization with UNC5C in the peripheral area of the growth cone of primary mouse neurons. Netrin-1 reduces the colocalization of UNC5C with wild-type TUBB3, but not TUBB3 mutants R262C or R62Q, in the growth cone. Results from the in vitro cosedimentation assay indicate that netrin-1 inhibits cosedimentation of UNC5C with polymerized microtubules in primary mouse neurons expressing the wild-type TUBB3, but not R262C or R62Q. Expression of either R262C or R62Q not only blocks netrin-1-induced growth cone collapse and axonal repulsion of primary EGL cells in vitro, but also results in axon projections defects of chicken dorsal root ganglion neurons in ovo. Our study reveals that human TUBB3 mutations specifically perturb netrin-1/UNC5C-mediated repulsion.