内因性PI3KとRACの合成活性化は、細胞偏光と移動のためのゲートスイッチとゲートスイッチを特定します

ホスファチジルイノシトール3-OHキナーゼ（PI3K）は、細胞偏光、移動、および走化性の主要な調節因子として広く研究されています。驚くべきことに、最近の研究では、哺乳類の好中球とディクヨステリウム椎間板細胞がPI3K活性がない場合に分極して移動できることが示されました。ここでは、内因性の存在酵素が1分未満で合成的に活性化される化学生物学的アプローチを使用することにより、HL-60好中球におけるPI3Kとその下流エフェクターRACの役割を直接調査します。内因性PI3Kの均一な活性化は、以前に偏っていない好中球を分極し、効果的な細胞移動を引き起こすのに十分であることを示します。対称性ホスファチジルイノシトール（3,4,5） - 三リン酸（PIP（3））産生に続いて遅延した後、PIP（3）の偏光分布は、アクチン重合を必要とする正のフィードバックによって誘導されました。薬理学的研究では、このプロセスでは受容体結合トリマーGタンパク質は必要ないと主張しています。現在の作業モデルとは反対に、内因性RACタンパク質の迅速な活性化は効果的なアクチン重合を引き起こしましたが、PI3KにフィードバックしてPIPを生成するか、細胞偏光を誘導しました。したがって、先頭点でのPIP（3）濃度の増加は、最初の入力としてPI3K-RAC-アクチン重合経路を使用したANおよびGATEロジックを使用した陽性フィードバックによって生成され、PI3Kは2番目の入力として非RAC経路を開始します。この細胞偏光のためのこのおよびゲート制御は、同じ細胞に共存するPI3K依存性と非依存性シグナル伝達経路の両方にRACを使用する方法を説明できます。

Phosphatidylinositol 3-OH kinase (PI3K) has been widely studied as a principal regulator of cell polarization, migration, and chemotaxis. Surprisingly, recent studies showed that mammalian neutrophils and Dictyostelium discoideum cells can polarize and migrate in the absence of PI3K activity. Here we directly probe the roles of PI3K and its downstream effector, Rac, in HL-60 neutrophils by using a chemical biology approach whereby the endogenously present enzymes are synthetically activated in less than one minute. We show that uniform activation of endogenous PI3K is sufficient to polarize previously unpolarized neutrophils and trigger effective cell migration. After a delay following symmetrical phosphatidylinositol (3,4,5)-triphosphate (PIP(3)) production, a polarized distribution of PIP(3) was induced by positive feedback requiring actin polymerization. Pharmacological studies argue that this process does not require receptor-coupled trimeric G proteins. Contrary to the current working model, rapid activation of endogenous Rac proteins triggered effective actin polymerization but failed to feed back to PI3K to generate PIP(3) or induce cell polarization. Thus, the increase in PIP(3) concentration at the leading edge is generated by positive feedback with an AND gate logic with a PI3K-Rac-actin polymerization pathway as a first input and a PI3K initiated non-Rac pathway as a second input. This AND-gate control for cell polarization can explain how Rac can be employed for both PI3K-dependent and -independent signaling pathways coexisting in the same cell.