PCAREとWASF3は、光受容体外側セグメントディスク形成の開始に必要な毛様体F-アクチンアセンブリを制御しています

PCARE and WASF3 regulate ciliary F-actin assembly that is required for the initiation of photoreceptor outer segment disk formation.

• Julio C Corral-Serrano
• Ideke J C Lamers
• Jeroen van Reeuwijk
• Lonneke Duijkers
• Anita D M Hoogendoorn
• Adem Yildirim
• Nikoleta Argyrou
• Renate A A Ruigrok
• Stef J F Letteboer
• Rossano Butcher
• Max D van Essen
• Sanae Sakami
• Sylvia E C van Beersum
• Krzysztof Palczewski
• Michael E Cheetham
• Qin Liu
• Karsten Boldt
• Uwe Wolfrum
• Marius Ueffing
• Alejandro Garanto
• Ronald Roepman
• Rob W J Collin

抄録

杆体および円錐体光受容体細胞の外側セグメント（OS）は、光伝達を可能にする数百個のオプシンを搭載した膜ディスクを含む特殊な感覚繊毛である。これらの膜円板の生合成はOSの基底部で開始されるが、その原動力は何であるかについては議論されていない。本研究では、遺伝性網膜ジストロフィー（RP54）に変異した光受容体特異的遺伝子がコードするタンパク質の機能を調べました。その結果、C2orf71/PCARE（光受容体繊毛アクチン調節因子）がArp2/3複合体活性化因子WASF3と相互作用し、一次繊毛に効率的に導入されることを明らかにした。PCAREとWASF3の異所性共発現は、繊毛細胞において毛様体先端部の顕著な拡大をもたらす。このプロセスは、アクチン調節因子の小 型干渉RNA（siRNA）をベースとしたダウンレギュレーション、アクチン重合の薬理学的阻害、および網膜ジストロフィーに関連するミスセンス変異を有するPCAREの発現によって阻害された。ヒト網膜オルガノイドとマウス網膜を用いて、PCAREモジュールとアクチンがコロケーションをとる視細胞OSの基底部で同様のアクチン動態駆動プロセスが作動していることを観察したが、マウスではこのプロセスが無視されている。網膜繊毛症に関与するいくつかのタンパク質がこれらの拡張部に転座しているという観察は、これらの遺伝性疾患の病態メカニズムにおける共通の分母となる可能性を示唆している。以上の結果から、PCARE はアクチン関連タンパク質であり、WASF3 と相互作用して、新しい外側セグメント円板形成の開始時にアクチン主導で毛様体膜の拡張を制御していることが示唆された。

The outer segments (OS) of rod and cone photoreceptor cells are specialized sensory cilia that contain hundreds of opsin-loaded stacked membrane disks that enable phototransduction. The biogenesis of these disks is initiated at the OS base, but the driving force has been debated. Here, we studied the function of the protein encoded by the photoreceptor-specific gene , which is mutated in inherited retinal dystrophy (RP54). We demonstrate that C2orf71/PCARE (photoreceptor cilium actin regulator) can interact with the Arp2/3 complex activator WASF3, and efficiently recruits it to the primary cilium. Ectopic coexpression of PCARE and WASF3 in ciliated cells results in the remarkable expansion of the ciliary tip. This process was disrupted by small interfering RNA (siRNA)-based down-regulation of an actin regulator, by pharmacological inhibition of actin polymerization, and by the expression of PCARE harboring a retinal dystrophy-associated missense mutation. Using human retinal organoids and mouse retina, we observed that a similar actin dynamics-driven process is operational at the base of the photoreceptor OS where the PCARE module and actin colocalize, but which is abrogated in mice. The observation that several proteins involved in retinal ciliopathies are translocated to these expansions renders it a potential common denominator in the pathomechanisms of these hereditary disorders. Together, our work suggests that PCARE is an actin-associated protein that interacts with WASF3 to regulate the actin-driven expansion of the ciliary membrane at the initiation of new outer segment disk formation.

Copyright © 2020 the Author(s). Published by PNAS.