続・生物学茶話２９８：神経細胞のアクチンとその周辺 ６：コータクチン

ラウスザルコーマウィルス（RSV）は、感染すると 60 kDa のチロシンプロテインキナーゼを発現します。またこのホモログは細胞自体にも遺伝子が存在します。コータクチンはもともとはこのプロテインキナーゼの目立ったターゲット（基質）p80/85 として報告されました（１）。報告した Wu らは２年後、このタンパク質がアクチンに結合する性質があることをみつけ、さらに細胞膜の裏側に多いこと（cortical)からコータクチン(cortactin)と命名し発表しました（２）。

コータクチンは様々な細胞に存在し、細胞膜をアクチンの重合と解離を利用して動かそうとするとき、具体的にはラメリポディアの生成および細胞の移動、細胞分化、エンドサイトーシス、がんの浸潤などの場合に、コータクチンはArp2/3複合体とともにアクチンの活動をサポートする役割を持つことがわかってきました（３、４）。神経細胞においても、その移動・軸索形成・樹状突起スパイン形成などに関与すると考えられています。

アイソフォームであるｐ８０とｐ８５の違いは、ｐ８０ではＮ末の１０残基が欠けていることによります。これは Alternative initiation (AUG 以外の開始コドンによって翻訳が開始される）によるとされています（５、図２９８－１）。

図２９８－１　コータクチンのアミノ酸配列

哺乳類のコータクチン遺伝子（ＣＴＴＮ）の構造を図２９８－２に示します（６）。ｍＲＮＡは長い３’非翻訳領域を保有していて、マイクロＲＮＡによる翻訳制御を受けていると考えられています。タンパク質はＮ末に Arp2/3 と結合する領域があり（ＮＴＡ：アミノ端末酸性領域）、続いてアクチンと結合する領域があります。アクチンと結合する領域はコータクチンリピートと呼ばれ、哺乳類では６．５回の反復領域があるとされています。実際の配列を図２９８－３に示します（７）。

反復配列といっても厳密に同じ配列が反復しているわけではなく、図２９８－３のようにアバウトなところもありますが、この３７アミノ酸残基が６．５回反復する構造は哺乳類では保存性が高い領域とされています。この領域を使ってコータクチンはアクチンと結合します（６）。

図２９８－２　コータクチンの遺伝子(CTTN)、ｍRNA、タンパク質・ドメイン構造

図２９８－３　コータクチンの６．５回反復配列（コータクチンリピート）

６．５回の反復配列のＣ末側にαヘリックスを作る領域があり、さらにプロリンリッチ領域があって、ここに Src によってリン酸化されるサイトがあります。Ｃ末にはＳＨ－３ドメインがあり、ここに図２９８－２に示された様々な制御因子や酵素がアクセスします。ここにアクセスする因子の一つである Shank2 の遺伝子はＣＴＴＮの下流に隣接しています（図２９８－２）。

脊椎動物にはコータクチンのホモログであるＨＳ－1というタンパク質が存在することが知られています。ＨＳ－１は主として血液細胞に発現していますが、その機能はよくわかっていません。おそらく血液細胞においてコータクチンと同様な役割を果たすとともに、他の機能もあると思われます。特にチロシンがリン酸化されると核に移行するというコータクチンとははっきりと異なる性質が知られています（８）。核に移行することにどういう意味があるかについては、アポトーシスを誘導するという説が有力なようです（９、１０）。ただこれらの研究は３０年前のものであり、Ｂ細胞以外ではどうなのかということがよくわかりません。

コータクチンとＨＳ－１のエクソンとタンパク質の比較を図２９８－４に示します（１１）。図２９８－３に示した３７アミノ酸残基の繰り返しが、コータクチンでは６．５回なのに対して、ＨＳ－１では３．５回になっています。血液細胞は基本血流で運ばれるので、自主的にラメリポディアをつくって動く必要はないのですが、貪食など細胞膜を使った活動を行うことはあるのでＨＳ－１がコータクチンに類似した機能を全く失っているとは思えません。

図２９８－４　コータクチンとＨＳ－１　遺伝子（エクソン）とタンパク質の構造の比較

私は昔赤芽細胞を扱っていたことがあるので、ＨＳ－１の Lyn によるリン酸化が赤芽球の分化に重要な役割を果たしているという古い論文には強く興味を惹かれました（１２、１３）。しかしその後、特に正常な赤芽細胞の分化においてＨＳ-1がどのような役割を果たしているかを調べた研究がないのが残念ですが、私の調査不足かもしれません。脊椎動物に進化する直前から分岐した尾索動物（ホヤなど）は赤血球を持っていませんし、ＨＳ-１もありません（１１、１４）。このことはＨＳ－１が赤血球への分化に関与することを示唆するものと思います。ただＨＳ-１ノックアウトマウスは生存可能だそうです（１５）。

様々な脊椎動物におけるＨＳ－１の違いをみると、魚類→両生類→鳥類→哺乳類の順に３７アミノ酸残基のリピート回数が減って、特殊化していることがわかります（図２９８－５）。哺乳類の場合リピート回数は３．５回です。

図２９８－５　脊椎動物におけるＨＳ-1の進化的変遷

コータクチンが細胞膜を変形させることによる細胞移動に関与しているといっても、アメーバがコータクチンを利用しているわけではなく、この物質が登場するのは多細胞生物の登場以降のようです。現存の多細胞生物の中では最も始原的といわれる海綿動物にはコータクチンが存在します（図２９８－６）。昆虫や尾索類にも存在するので、多細胞生物が標準的に保有する遺伝子・タンパク質と考えてよいようです（１１、図２９８－６）。

図２９８－６　コータクチン（Cort）とHS-1の分子進化系統図　脊椎動物のコータクチンについては省略したので、文献（１１）を参照してください

コータクチン分子のＮ末酸性領域とコータクチンリピートの機能は、Arp2/3複合体とＦアクチンによって形成された分枝アクチンを安定化させることにあると考えられています。図２９８－７はクライオ電子顕微鏡による観察から推定された分枝部位の構造です（１６）。コータクチンは分枝部位において、Arp2/3複合体とＦアクチンの両者に外側から結合しています。

図２９８－７　コータクチンはArp2/3複合体によって形成されたＦアクチン枝分かれ構造を安定化する

一般的に言えば、Ｆアクチンが分枝をつくって仕事をするときは常にコータクチンが関与している可能性があります。ラメリポディウム（葉状仮足）、細胞膜の波うち構造、エンドサイトーシス、細胞の結合（アドヒアレンスジャンクション、タイトジャンクション）、癌細胞の浸潤などが例としてあげられます（６）。神経細胞においても軸索伸長の際のラメリポディアの形成とか、樹状突起スパインの発達や安定化にも当然寄与していると考えられます。

問題はコータクチン分子のＣ末側で、こちらは様々なタンパク質・酵素とかかわりあっており、非常に多くの生化学的プロセスに関与している可能性があります。Dalyが例として挙げている図（１７）を図２９８－８に示します。

図２９８－８　コータクチンの多彩な機能

コータクチンはその分子のＮ末側でＦアクチンの分枝部位に結合しているので、Ｃ末側に結合する物質ならなんでも細胞骨格を形成するＦアクチンに係留できますし、リン酸化などを通じて結合の調節も可能です。たとえば神経伝達物質の受容体をシナプス内部の細胞骨格に固定するにはうってつけです。また受容体媒介エンドサイトーシスが行われた際に、GTPaseと協力してアクチン骨格を再編成する機能があるとされています（１７、図２９８－８）。

最後に前回（１８）述べたように、Ｆアクチンが伸長する方向に細胞を移動するためのシステムの中で（Ｆアクチン－コータクチン－シューティン－Ｌ１ＣＡＭ－細胞外基質）、コータクチンがクラッチの役割を果たしているのではないかという説（１９）があるというのも興味深いと思います。

参照文献

１）Wu H, Reynolds AB, Kanner SB, Vines RR, Parsons JT. Identification and characterization of a novel cytoskeleton-associated pp60src substrate. Mol Cell Biol. vol.11(10): pp.5113-5124.(1991) doi: 10.1128/mcb.11.10.5113-5124.1991.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC361526/

２）Wu H, Parsons JT. Cortactin, an 80/85-kilodalton pp60src substrate, is a filamentous actin-binding protein enriched in the cell cortex. J Cell Biol. vol.120(6): pp.1417-1426. (1993) doi: 10.1083/jcb.120.6.1417.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2119758/

３）Kaksonen M, Peng HB, Rauvala H., Association of cortactin with dynamic actin in lamellipodia and on endosomal vesicles. J Cell Sci., vol.113, pp.4421-4426. (2000)
doi: 10.1242/jcs.113.24.4421.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11082035/

４）Wikipedia:　Cortactin
https://en.wikipedia.org/wiki/Cortactin

５）UniPlot：Src substrate protein p85
https://www.uniprot.org/uniprotkb/Q01406/entry

６）Schnoor M, Stradal TE, Rottner K. Cortactin: Cell Functions of A Multifaceted Actin-Binding Protein. Trends Cell Biol., vol.28(2): pp.79-98, (2018)
doi: 10.1016/j.tcb.2017.10.009.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29162307/

７）Li, X., Tao, Y., Murphy, J.W. et al. The repeat region of cortactin is intrinsically disordered in solution. Sci Rep 7, 16696 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41598-017-16959-1
https://www.nature.com/articles/s41598-017-16959-1#citeas

８）Kitamura D, Kaneko H, Taniuchi I, Akagi K, Yamamura K, WatanabeT., Molecular cloning and characterization of mouse HS1. Biochem Biophys Res Commun., vol.208:1137-1146., (1995)
https://doi.org/10.1006/bbrc.1995.1452
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0006291X85714520

９）Yamanashi Y, Fukuda T, Nishizumi H, Inazu T, Higashi K, Kitamura D, Ishida T, Yamamura H, Watanabe T, Yamamoto T. Role of tyrosine phosphorylation of HS1 in B cell antigen receptor-mediated apoptosis. J Exp Med., vol.185(7): pp.1387-92., (1997) doi: 10.1084/jem.185.7.1387.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9104825/

１０）Taniuchi I, Kitamura D, Maekawa Y, Fukuda T, Kishi H, Watanabe T. Antigen-receptor induced clonal expansion and deletion of lymphocytes are impaired in mice lacking HS1 protein, a substrate of the antigen-receptor-coupled tyrosine kinases. EMBO J., vol.14(15): pp.3664-3678. (1995) doi: 10.1002/j.1460-2075.1995.tb00036.x.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7641686/

１１）van Rossum AG, Schuuring-Scholtes E, van Buuren-van Seggelen V, Kluin PM, Schuuring E. Comparative genome analysis of cortactin and HS1: the significance of the F-actin binding repeat domain. BMC Genomics., vol.6: no.15. (2005) doi: 10.1186/1471-2164-6-15.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC554100/

１２）Ingley E, Sarna MK, Beaumont JG, Tilbrook PA, Tsai S, Takemoto Y, Williams JH, Klinken SP. HS1 interacts with Lyn and is critical for erythropoietin-induced differentiation of erythroid cells. J Biol Chem. 2000 Mar 17;275(11):7887-93. doi: 10.1074/jbc.275.11.7887.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10713104/

１３）Samuels AL, Klinken SP, Ingley E. Liar, a novel Lyn-binding nuclear/cytoplasmic shuttling protein that influences erythropoietin-induced differentiation. Blood., vol.113(16): pp.3845-3856. (2009) doi: 10.1182/blood-2008-04-153452.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19064729/

１４）長畑洋佑他　血液細胞の先祖が判明：それはアメーバ様単細胞生物だった
京都大学プレスリリース　２０２２年
https://www.kyoto-u.ac.jp/sites/default/files/2022-12/221215_Kawamoto-c31a524170a541abb82c577fa3957772.pdf

１５）Thomas SG, Calaminus SD, Auger JM, Watson SP, Machesky LM. Studies on the actin-binding protein HS1 in platelets. BMC Cell Biol., vol.8: no.46. (2007) doi: 10.1186/1471-2121-8-46.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17996076/

１６）Liu, T., Cao, L., Mladenov, M. et al. Cortactin stabilizes actin branches by bridging activated Arp2/3 to its nucleated actin filament. Nat Struct Mol Biol 31, 801–809 (2024). https://doi.org/10.1038/s41594-023-01205-2
https://www.nature.com/articles/s41594-023-01205-2

１７）Daly RJ. Cortactin signalling and dynamic actin networks. Biochem J. 2004 Aug 15;382(Pt 1):13-25. (2004) doi: 10.1042/BJ20040737.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC1133910/

１８）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
https://morph.way-nifty.com/grey/2026/03/post-7bd2c0.html

１９）Laura Pulido Cifuentes , Athamneh Athamneh, Efremov Y, Raman A, Kim T, Suter DM. A modified motor-clutch model reveals that neuronal growth cones respond faster to soft substrates. Mol Biol Cell., vol.35(4):ar47. (2024) doi: 10.1091/mbc.E23-09-0364.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38354034/