キネトコアタンパク質Spindlyは軸索の微小管の極性を制御している

Kinetochore protein Spindly controls microtubule polarity in axons.

• Urko Del Castillo
• Hans-Arno J Müller
• Vladimir I Gelfand

抄録

軸索と樹状突起の微小管の極性は、ニューロンの細胞内輸送の方向を規定している。軸索には、プラス端が突起の先端を向いている（プラスエンドアウト）均一な極性の微小管の配列があり、樹状突起にはマイナスエンドアウトの方向を向いている微小管がある。皮質アクチンを標的とした細胞質ダイニンは、軸索からマイナスエンドアウトの微小管を除去することが示されている。ここで私たちは、ダイニンが有糸分裂の際にキネトコアにリクルートされることで知られているSpindlyというタンパク質が、ニューロンの軸索におけるダイニン依存性微小管の選別に必要な重要な因子であることを明らかにした。Spindlyの枯渇は、in vivoおよび初代ニューロン培養において軸索微小管の極性に影響を与える。これらの欠陥に加えて、神経細胞におけるSpindlyの枯渇は、第三齢幼虫の脳では軸索パターニングの大きな崩壊を引き起こし、成虫のハエでは重度の協調性障害を引き起こす。これらの欠陥は、完全長のSpindlyによって完全に救済されるが、ダイニン結合部位に変異を持つ変異体では救済されない。生化学的解析の結果、SpindlyはF-アクチンと結合しており、軸索内のダイニンと皮質アクチンの間をつなぐ役割を果たしていることが示唆された。このことから、Spindlyはダイニンが駆動する軸索微小管の仕分けを媒介することで、神経発達に重要な役割を果たしていることが示唆された。

Microtubule polarity in axons and dendrites defines the direction of intracellular transport in neurons. Axons contain arrays of uniformly polarized microtubules with plus-ends facing the tips of the processes (plus-end-out), while dendrites contain microtubules with a minus-end-out orientation. It has been shown that cytoplasmic dynein, targeted to cortical actin, removes minus-end-out microtubules from axons. Here we have identified Spindly, a protein known for recruitment of dynein to kinetochores in mitosis, as a key factor required for dynein-dependent microtubule sorting in axons of neurons. Depletion of Spindly affects polarity of axonal microtubules in vivo and in primary neuronal cultures. In addition to these defects, depletion of Spindly in neurons causes major collapse of axonal patterning in the third-instar larval brain as well as severe coordination impairment in adult flies. These defects can be fully rescued by full-length Spindly, but not by variants with mutations in its dynein-binding site. Biochemical analysis demonstrated that Spindly binds F-actin, suggesting that Spindly serves as a link between dynein and cortical actin in axons. Therefore, Spindly plays a critical role during neurodevelopment by mediating dynein-driven sorting of axonal microtubules.