ニコチンはアクチン動態を調節する非コリン作動性経路を介してウニ卵にポリスペルミーを誘導する

Nicotine Induces Polyspermy in Sea Urchin Eggs through a Non-Cholinergic Pathway Modulating Actin Dynamics.

• Nunzia Limatola
• Filip Vasilev
• Luigia Santella
• Jong Tai Chun

抄録

アルカロイドは動物細胞に特異的な薬理作用を示すことが多いが、ウニの卵をニコチンに曝露すると、受精時に用量依存的にポリスペルミーを引き起こす。ここでは、この現象の分子機構を研究した。ニコチンはイオントロピックなアセチルコリン受容体のアゴニストであるが、ニコチンによるポリスペルミーはアセチルコリンやカルバコールでは模倣されず、ニコチン性アセチルコリン受容体の特異的なアンタゴニストでも阻害されないことがわかった。アセチルコリンやカルバコールとは異なり、ニコチンは用量依存的に卵の皮質マイクロフィラメントの劇的な転位を特異的に誘導した。このような細胞骨格の変化は、ラトランクリン-Aとマイカロリデ-Bによる多精子症の有意な緩和によって判断されるように、精子に対する卵の受容性を向上させるように思われた。さらに、我々の透視アッセイは、ニコチンが直接G-アクチンの重合速度を加速し、事前に組み立てられたF-アクチンの脱重合を減衰させることを最初の証拠を提供した。さらに、ニコチンは、F-アクチンのコフィリン誘発性分解を阻害した。予想外にも、ニコチンの効果は、いくつかの非コリン作動性経路でも媒介される可能性があることを示唆している。

While alkaloids often exert unique pharmacological effects on animal cells, exposure of sea urchin eggs to nicotine causes polyspermy at fertilization in a dose-dependent manner. Here, we studied molecular mechanisms underlying the phenomenon. Although nicotine is an agonist of ionotropic acetylcholine receptors, we found that nicotine-induced polyspermy was neither mimicked by acetylcholine and carbachol nor inhibited by specific antagonists of nicotinic acetylcholine receptors. Unlike acetylcholine and carbachol, nicotine uniquely induced drastic rearrangement of egg cortical microfilaments in a dose-dependent way. Such cytoskeletal changes appeared to render the eggs more receptive to sperm, as judged by the significant alleviation of polyspermy by latrunculin-A and mycalolide-B. In addition, our fluorimetric assay provided the first evidence that nicotine directly accelerates polymerization kinetics of G-actin and attenuates depolymerization of preassembled F-actin. Furthermore, nicotine inhibited cofilin-induced disassembly of F-actin. Unexpectedly, our results suggest that effects of nicotine can also be mediated in some non-cholinergic pathways.