メラニン濃縮ホルモン受容体1によって媒介される一次繊毛の短縮の細胞骨格関連の調節1

原発性繊毛は、特殊な微小管ベースのオルガネラです。それらの重要性は、糖尿病や肥満などのさまざまな症候群に関連する毛様体疾患の領域によって強調されています。原発性繊毛は、イオンチャネルと従来のGタンパク質共役受容体（GPCR）との選択的相互作用を通じて、シグナル伝達ハブとして機能します。メラニン濃縮ホルモン（MCH）受容体1（MCHR1）は、摂食の重要な調節因子であり、マウス脳の異なる領域のニューロンの原発性繊毛で選択的に発現します。以前に、MCHは毛様体MCHR1に作用し、細胞周期の進行のないGI/O依存性AKT経路を介して繊毛の短縮を誘導することがわかりました。多くの要因が繊毛の長さコントロールに参加できます。ただし、これらの分子がどのように移転され、繊毛の短縮を活性化するために調整されるかのメカニズムはよく理解されていません。本研究では、クローンMCHR1発現HTERT-RPE1細胞を使用したMCH誘発性繊毛短縮の調節における細胞骨格ダイナミクスの役割を調査しました。薬理学的および生化学的アプローチは、MCHによって媒介される繊毛の短縮が、チューブリンの総量を変更せずに可溶性サイトゾルチューブリンの増加と関連していることを示しました。MCH処理細胞では、F-アクチン繊維強度の強度も観察されました。さまざまな薬剤の作用により、協調的なアクチン機構、特にアクチン重合がMCHR1を介した繊毛の短縮に必要であることが明らかになりました。最近の報告では、GPCRアゴニスト依存性エクトソーム放出を介した繊毛の短縮のためのアクチン調節機構の存在が示されました。しかし、私たちのライブセルイメージング実験により、MCHは先端から蛍光陽性材料を除外せずに繊毛の短縮を徐々に誘発することが示されました。短い繊毛の表現型は、さまざまな代謝障害に関連しています。したがって、現在の発見は、細胞骨格が肥満などの臨床症状を根底にした細胞の機械的特性を備えたGPCRリガンドトリガーの繊毛の短縮にどのように関与しているかをよりよく理解することに貢献する可能性があります。

Primary cilia are specialized microtubule-based organelles. Their importance is highlighted by the gamut of ciliary diseases associated with various syndromes including diabetes and obesity. Primary cilia serve as signaling hubs through selective interactions with ion channels and conventional G-protein-coupled receptors (GPCRs). Melanin-concentrating hormone (MCH) receptor 1 (MCHR1), a key regulator of feeding, is selectively expressed in neuronal primary cilia in distinct regions of the mouse brain. We previously found that MCH acts on ciliary MCHR1 and induces cilia shortening through a Gi/o-dependent Akt pathway with no cell cycle progression. Many factors can participate in cilia length control. However, the mechanisms for how these molecules are relocated and coordinated to activate cilia shortening are poorly understood. In the present study, we investigated the role of cytoskeletal dynamics in regulating MCH-induced cilia shortening using clonal MCHR1-expressing hTERT-RPE1 cells. Pharmacological and biochemical approaches showed that cilia shortening mediated by MCH was associated with increased soluble cytosolic tubulin without changing the total tubulin amount. Enhanced F-actin fiber intensity was also observed in MCH-treated cells. The actions of various pharmacological agents revealed that coordinated actin machinery, especially actin polymerization, was required for MCHR1-mediated cilia shortening. A recent report indicated the existence of actin-regulated machinery for cilia shortening through GPCR agonist-dependent ectosome release. However, our live-cell imaging experiments showed that MCH progressively elicited cilia shortening without exclusion of fluorescence-positive material from the tip. Short cilia phenotypes have been associated with various metabolic disorders. Thus, the present findings may contribute toward better understanding of how the cytoskeleton is involved in the GPCR ligand-triggered cilia shortening with cell mechanical properties that underlies clinical manifestations such as obesity.