スペクトリンをベースとした膜骨格は非対称であり、神経発生の過程でリモデリングされる

Spectrin-based membrane skeleton is asymmetric and remodels during neural development.

• Ru Jia
• Yongping Chai
• Chao Xie
• Gai Liu
• Zhiwen Zhu
• Kaiyao Huang
• Wei Li
• Guangshuo Ou

抄録

スペクトリンによる膜力学の乱れは、遺伝性楕円球症や脊髄小脳失調症を引き起こすが、その発症の根底にある細胞基盤は明らかになっていない。本研究では、この疾患に関連して保存されているスペクトルリンの突然変異をゲノムに導入し、発生途上の幼生における神経細胞の移動と樹状突起形成へのスペクトルリンの寄与を調べた。スペクトリンの欠損は、既存の前膜突起と二次膜突起の外側で異所性のアクチン重合を発生させ、成体では神経細胞の位置決めと樹状突起の形態に障害をもたらすことがわかった。スペクトリンは移動する神経芽細胞の側方と後方に蓄積し、ソーマから新たに形成された樹状突起に再分配されることから、スペクトリンベースの膜骨格は非対称であり、発生期にはアクチン集合と細胞形状を制御するように再構成されることが示唆された。このことから、スペクトルリンは非対称性を有し、アクチンの集合や細胞形状を制御していることが明らかになった。膜骨格の非対称性とリモデリングは、異なる発生イベントに対応して膜力学を時空間的に調節することが可能である可能性がある。

Perturbation of spectrin-based membrane mechanics causes hereditary elliptocytosis and spinocerebellar ataxia, but the underlying cellular basis of pathogenesis remains unclear. Here, we introduced the conserved disease-associated spectrin mutations into the genome and studied the contribution of spectrin to neuronal migration and dendrite formation in developing larvae. The loss of spectrin generates an ectopic actin polymerization outside of the existing front and secondary membrane protrusions, leading to defective neuronal positioning and dendrite morphology in adult animals. Spectrin accumulates in the lateral and the rear of migrating neuroblasts and redistributes from the soma into the newly formed dendrites, indicating that the spectrin-based membrane skeleton is asymmetric and remodels to regulate actin assembly and cell shape during development. We affinity-purified spectrin from and showed that its binding partner ankyrin functions with spectrin. Asymmetry and remodeling of membrane skeleton may enable spatiotemporal modulation of membrane mechanics for distinct developmental events.

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