続・生物学茶話２９７：神経細胞のアクチンとその周辺 ５：シューティン

シューティン（shootin)は２００６年に鳥山らによって新規に報告されたタンパク質です（１）。細胞内のアクチン波（２）によって、まるでサッカーボールがシュートによってゴールに吸い込まれるように、神経突起に流れ込むことから命名されました。

神経細胞は昔から自発的に非対称性を獲得する細胞として知られています。すなわちシャーレで培養しても、発生過程の観察によっても、細胞体から非対称に樹状突起や軸索を生やして神経細胞として分化します。発見者たちはシューティンが非対称性を作るプロセスをわかりやすく説明してくれている（３）ので引用します---「偶然 shootin１が１本の突起に他の突起よりも多く濃縮した場合、shootin１は突起伸長を引き起こすのでその突起は他の突起より伸長すると考えられる。その結果、shootin１がその突起先端から細胞体に向かって拡散によって戻るのに要する時間が他の突起より延長する。そうするとその突起にとどまる shootin１の量が他の突起よりも増え，さらなる突起伸長（軸索形成）が引き起こされる。」（引用終了）。

また 「shootin１を過剰発現させた場合、shootin１が複数の突起に持続的に濃縮して軸索が複数形成された。一方，RNAi により shootin１の発現を抑制すると神経極性形成に遅れが生じた」と報告しています。しかし非対称性の誘導もさることながら、shootin 1 は軸索の伸長そのものに貢献しているわけで、そのメカニズム自体が重要です。さらに発信側だけでなく、受信側である樹状突起スパインの形成にも関与していると思われ、海馬における記憶形成などにも貢献している可能性があります（４）。

シューティンは神経細胞に特異的に発現するシューティン1aのほかに様々な臓器にも存在するシューティン1b、ゼブラフィッシュで発見されたシューティン１、２、３などが存在します（５、６）。それぞれのタンパク質の構造を図２９７－１に示します。図に示されているように、αヘリックスがからまりあう構造を形成するコイルドコイルドメインをひとつの分子あたり３～４個含んでおり、またすべての分子において、最もＣ末寄りにあるこのモチーフのすぐＣ末側にプロリンリッチ領域があるという共通の構造がみられます（図２９７－１）。

図２９７－１　哺乳類とゼブラフィッシュの Shootin の構造

ラット・マウス・ヒトのシューティン１a を比較すると、アミノ酸配列は ９０％以上の残基について３種完全一致しておりホモロジーは高度です。しかもトータルのアミノ酸数は４５６個で３種で一致しています。ユニプロットで検索するとこのタンパク質についてはなんと２５６０もデータがあって、とても全部は見切れませんが、個人的にピックアップすると、

Microcaecilia unicolor アシナシイモリ　原始的な両生類

Leptobrachium leishanense　ヒキガエル　両生類

Latimeria chalumnae シーラカンス　魚類

Gopherus agassizii (Agassiz's desert tortoise)　リクガメ　爬虫類

Salvator merianae　テグー　爬虫類

Otus sunia (Oriental scops-owl）コノハズク　鳥類

Falco tinnunculus チョウゲンボウ　鳥類

そして特筆すべきは

Caenorhabditis elegans 線虫　線形動物　 120 and 252 amino acids

線虫のシューティンがどの程度研究されているのかよくわかりませんが、その進展によってはこのタンパク質の歴史が一気に塗り替えられる可能性があります。非常に多くの種類の魚類をはじめとする脊椎動物、特にシーラカンスにも存在するようなので、少なくとも脊椎動物には遍く存在するのでしょう。

図２９７－２　ラット・ヒト・マウスにおけるシューティン１a のアミノ酸配列

図２９７－３は鳥山らがこのタンパク質について最初に報告した論文に掲載されていた図です。ＡＢは軸索・樹状突起両者への局在が示されています。Ｃはシューティン１a の海馬軸索成長円錐における局在を示していますが、Ｄはシューティン１ｂの臭球神経細胞軸索成長円錐への局在を示しています。神経細胞の種類によっては１ｂが１aに代わって役割を果たしているようです（１）。

図２９７－３ シューティン１は神経細胞に極性を付与する

軸索の成長円錐は内側から順に、チュブリンによる微小管、Ｆ－アクチン、シューティン１aという並びの構造になっていますが（２、図２９７－４Ａ）、いちばん外側のシューティン１aの役割について、稲垣らは図２９７－４Ｂのように、ネトリン－１からはじまるシグナルカスケードによって、Ｆ－アクチンの伸長というエンジンと細胞接着因子というタイヤをつなぐクラッチがつながるという仮説をたてました。細胞骨格－クラッチ分子－細胞接着因子－細胞外マトリクスがつながるという考え方自体は昔からあるようです（７）。

図２９７－４　シューティンはクラッチ分子の機能を持つ

シューティン１a にＬ１-ＣＡＭやコータクチンとの結合部位が確認されることによって、図２９７－５のように、シューティン１aが Ｆ－アクチン－コータクチン－シューティン１a－Ｌ１ＣＡＭ－細胞外マトリクス という並びの中で、実際にクラッチ分子としての役割を果たしているという証拠が蓄積されています（８）。このような結合部位はシューティン１bにもあるので、この分子が同様な役割を果たすのは当然と思われますし、成長円錐や樹状突起スパインのような動的な活動だけでなく、クラッチをつなぎっぱなしの係留という役割も考えられるので、様々な組織でシューティン１ｂがそれなりの役割を果たしているということは納得できます。

図２９７－５　シューティンとコータクチン、Ｌ１-ＣＡＭ、Ｆ－アクチンとの関係

図２９７ー６は軸索の成長円錐だけでなく、樹状突起スパインにおいてもアクチンやコータクチンがシューティン１a と共同作業を行っていることを示唆しています（９）。これが本当なら、シューティン１aは記憶を形成するうえでも重要な役割を果たしていることになります。

図２９７－６　ラット海馬樹状突起におけるシューティン関連タンパク質の局在
(Kastian et al., 2021, (9))

参照文献

１）Toriyama M, Shimada T, Kim KB, Mitsuba M, Nomura E, Katsuta K, Sakumura Y, Roepstorff P, Inagaki N. Shootin1: A protein involved in the organization of an asymmetric signal for neuronal polarization. J Cell Biol., vol.175(1): pp.147-157. (2006) doi: 10.1083/jcb.200604160.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2064506/

２）奈良先端科学技術大学院大学　INAGAKI LAB 研究分野　新たな細胞内分子輸送機構：アクチン波
https://bsw3.naist.jp/inagaki/interests_4.html

３）稲垣直之，鳥山道則，島田忠之　神経極性形成と shootin１のフィードバックループ
生化学 第７９巻 第８号 pp.800-802 (2007)
https://www.jbsoc.or.jp/seika/wp-content/uploads/2018/12/79-08-11.pdf

４）Kastian RF, Minegishi T, Baba K, Saneyoshi T, Katsuno-Kambe H, Saranpal S, Hayashi Y, Inagaki N., Shootin1a-mediated actin-adhesion coupling generates force to trigger structural plasticity of dendritic spines., Cell Rep., vol.35(7): no.109130. (2021)
doi: 10.1016/j.celrep.2021.109130.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34010643/

５）Urasaki A, Morishita S, Naka K, Uozumi M, Abe K, Huang L, Watase E, Nakagawa O, Kawakami K, Matsui T, Bessho Y, Inagaki N. Shootins mediate collective cell migration and organogenesis of the zebrafish posterior lateral line system. Sci Rep. 2019 Aug 21;9(1):12156. doi: 10.1038/s41598-019-48585-4.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6704158/

６）稲垣直之　Shootin1による細胞?基質間の力の発生を介した神経細胞の細胞移動，極性形成，軸索ガイダンスおよびアクチン波
Journal of Japanese Biochemical Society 91(2): 159-168 (2019)
doi:10.14952/SEIKAGAKU.2019.910159
https://seikagaku.jbsoc.or.jp/10.14952/SEIKAGAKU.2019.910159/

７）Tim Mitchison and Marc Kirschner, Cytoskeletal dynamics and nerve growth., Neuron vol.1,?pp.761-772 (1988)
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0896627388901249

８）R.F. Kastian, thesis 2019, Shootin1a Mediates an F-actin-adhesion Clutch for Dendritic Spine Formation and Synaptic Plasticity
奈良先端科学技術大学院大学学術リポジトリ
file:///C:/Users/morio/Downloads/R016140.pdf

９）Ria Fajarwati Kastian, Takunori Minegishi, Kentarou Baba, Takeo Saneyoshi, Hiroko Katsuno-Kambe, Singh Saranpal, Yasunori Hayashi, and Naoyuki Inagaki, Shootin1a-mediated actin-adhesion coupling generates force to trigger structural plasticity of dendritic spines,
2021, Cell Reports 35, 109130 (2021)
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109130
https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S2211-1247%2821%2900469-1