ヘテロシマーなキネシン-2機能の急性阻害は、哺乳類の繊毛におけるフラゲラ輸送のメカニズムを明らかにしています

フラゲラ輸送（IFT）と呼ばれる繊毛内のコンポーネントの人身売買は、キネシン-2およびダイニン-2モーターを搭載しています。ヘテロトリミックKIF3A/KIF3B/KAPキネシン-2モーターの任意のサブユニットにおける機能の喪失は、哺乳類細胞の繊毛形成を防ぎ、キリウムアセンブリおよびIFTでキネシン-2モーターがどのように機能するかを理解しています。化学ジェネティックなアプローチを使用して、抑制性のあるKIF3A/KIF3B/KAP KINESIN-2モーター（I3A/I3B）を生成しました。I3A/I3Bの阻害が2分以内にIFTをブロックし、8時間以内に一次繊毛を完全に損失するため、繊毛アセンブリだけでなく、繊毛の維持にもKIF3A/KIF3B機能が必要であることを実証します。対照的に、Dynein-2の阻害は、同じ時間枠内で繊毛の維持に影響を与えません。繊毛喪失の速度論は、2つのプロセスが、順行性IFTの停止に応じて繊毛分解に寄与することを示しています。時間とともに安定したゆっくりとした短縮と、確率的開始で発生する急速な分解です。また、キネシン-2ファミリーメンバーKIF3A/KIF3CおよびKIF17は、KIF3A/KIF3Bダブルノックアウト細胞の繊毛形成を救助できないか、I3A/I3B阻害に対する組み立てられた繊毛の喪失を遅らせないことを実証します。これらの結果は、KIF3A/KIF3B/KAPが哺乳類細胞の繊毛の組み立てと維持のための唯一の必須モーターであることを示しています。これらの発見は、種間のキリウムアセンブリとIFT機能にキネシン-2モーターがどのように適合したかの違いを強調しています。

The trafficking of components within cilia, called intraflagellar transport (IFT), is powered by kinesin-2 and dynein-2 motors. Loss of function in any subunit of the heterotrimeric KIF3A/KIF3B/KAP kinesin-2 motor prevents ciliogenesis in mammalian cells and has hindered an understanding of how kinesin-2 motors function in cilium assembly and IFT. We used a chemical-genetic approach to generate an inhibitable KIF3A/KIF3B/KAP kinesin-2 motor (i3A/i3B) that is capable of rescuing wild-type (WT) motor function for cilium assembly and Hedgehog signaling in Kif3a/Kif3b double-knockout cells. We demonstrate that KIF3A/KIF3B function is required not just for cilium assembly but also for cilium maintenance, as inhibition of i3A/i3B blocks IFT within 2 min and leads to a complete loss of primary cilia within 8 h. In contrast, inhibition of dynein-2 has no effect on cilium maintenance within the same time frame. The kinetics of cilia loss indicate that two processes contribute to ciliary disassembly in response to cessation of anterograde IFT: a slow shortening that is steady over time and a rapid deciliation that occurs with stochastic onset. We also demonstrate that the kinesin-2 family members KIF3A/KIF3C and KIF17 cannot rescue ciliogenesis in Kif3a/Kif3b double-knockout cells or delay the loss of assembled cilia upon i3A/i3B inhibition. These results demonstrate that KIF3A/KIF3B/KAP is the sole and essential motor for cilium assembly and maintenance in mammalian cells. These findings highlight differences in how kinesin-2 motors were adapted for cilium assembly and IFT function across species.