AC6は微小管伸長キネシンKIF19Aを制御し、哺乳類の繊毛長を制御している

AC6 regulates the microtubule-depolymerizing kinesin KIF19A to control ciliary length in mammals.

• Kavisha Arora
• John R Lund
• Nevin A Naren
• Basilia Zingarelli
• Anjaparavanda P Naren

抄録

毛様体は、呼吸器や生殖管、中耳に並ぶ毛様構造物であり、これらの器官では同期した拍動を介して体液の流れを発生させています。繊毛の成長は高度に制御されたプロセスであり、流体の発生に重要な役割を果たしていると考えられています。近年、繊毛先端に存在するキネシンであるKif19aが微小管の脱重合機能を介して繊毛長制御に必須であることが明らかになった。しかし、運動性繊毛の成長を制御するタンパク質の性質や統合的なシグナル伝達機構についての情報は不足しています。ここでは、気道上皮細胞に多く存在するアデニル酸シクラーゼ6（AC6）が、損傷したタンパク質やオルガネラの細胞内リサイクル機構であるオートファジーを阻害することで、Kif19aの分解を阻害することを報告している。AC6 の上皮特異的ノックアウトマウスを用いて、AC6 ノックアウト（KO）した気道上皮細胞は、繊毛中の Kif19a タンパク質量が減少し、野生型細胞に比べて繊毛が長くなることを明らかにした。我々は、AC6が細胞のエネルギー保存機構の重要なモジュレーターであるAMP活性化キナーゼ（AMPK）を阻害し、毛様体キネシンKif19aとの結合を解除することをin vitroで実証した。AC6 が存在しない場合、AMPK の活性化は Kif19a をオートファゴソームに動員し、気道上皮細胞で分解する。気道上皮細胞におけるAMPKの薬理学的活性化に伴うKif19aレベルの低下は、伸長した繊毛と相関しており、その逆もまた然りである。以上のことから、AC6-AMPK経路は、細胞の合図に合わせて調節可能であり、重要な繊毛成長チェックポイントの一つとして機能する可能性があり、繊毛関連疾患の治療的介入を開発するためにチャネル化される可能性がある。

Motile cilia are hair like structures that line respiratory and reproductive tract, and middle ear, and generate fluid flow in these organs via synchronized beating. Cilium growth is a highly regulated process that is assumed to be important for flow generation. Recently, Kif19a, a kinesin residing at the cilia tip, was identified to be essential for ciliary length control through its microtubule depolymerization function. However, there is lack of information on the nature of proteins and the integrated signaling mechanism regulating growth of motile cilia. Here, we report that adenylate cyclase 6 (AC6), a highly abundant AC isoform in airway epithelial cells, inhibits degradation of Kif19a by inhibiting autophagy, a cellular recycling mechanism for damaged proteins and organelles.  Using epithelium specific knockout mice of AC6, we demonstrated that AC6 knockout (KO) airway epithelial cells have longer cilia compared to the wild-type cells due to decreased Kif19a protein levels in the cilia.  We demonstrated in vitro that AC6 inhibits AMP-activated kinase (AMPK), an important modulator of cellular energy conserving mechanisms, and uncouples its binding with ciliary kinesin Kif19a. In the absence of AC6, activation of AMPK mobilizes Kif19a into autophagosomes for degradation in airway epithelial cells. Lower Kif19a levels upon pharmacological activation of AMPK in airway epithelial cells correlated with elongated cilia and vice versa. In all, AC6-AMPK pathway, that is tunable to cellular cues could potentially serve as one of the crucial ciliary growth checkpoints, and could be channeled to develop therapeutic interventions for cilia-associated disorders.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.