PDZ-GEF is a novel family of guanine nucleotide exchange factor for Rap1. Here I isolated Drosophila PDZ-GEF (dPDZ-GEF) which contains the all the conserved domains of mammalian and nematode PDZ-GEF including cNMP-binding, Ras exchange motif, PDZ, RA, and GEF domains. dPDZ-GEF loss-of-function mutants were defective in the development of various organs including eye, wing and ovaries, and this phenotype is strikingly similar to the phenotype of rolled mutant, implying that dPDZ-GEF functions upstream of the MAPK pathway. Indeed, we found that dPDZ-GEF is specifically involved in photoreceptor cell differentiation, facilitating its neuronal fate via activation of the MAPK pathway. Rap1 was found to link dPDZ-GEF to the MAPK pathway; however, Ras was not involved in the regulation of the MAPK pathway by dPDZ-GEF, and actually had an inhibitory function. Collectively, our findings identify dPDZ-GEF as a novel upstream regulator of the MAPK signaling pathway, and demonstrate the presence of a novel, Ras-independent mechanism for activating the MAPK signaling pathway.
PDZ-GEF는 Rap1 GTPase에 특이적으로 작용하는 새로운 형태의 guanine nucleotide exchange factor이다. 기존의 생화학적, 세포학적 연구들이 가졌던 여러 한계점들을 극복하기 위해서 본 연구에서는 초파리의 PDZ-GEF와 그 돌연변이주를 찾아내어 유전학적 방법을 통하여 생체 내에서의 기능을 추적하였다. 이번 연구에서 찾아낸 초파리 PDZ-GEF는 사람과 선충의 PDZ-GEF가 가지고 있는 모든 기능적 영역들이 잘 보존되어 있는, 초파리에서 유일한 PDZ-GEF의 상동 유전자였다. 초파리 PDZ-GEF를 결여하는 돌연변이 초파리에서 눈, 날개, 난소를 포함하는 다양한 기관들의 발생이 잘못되는 것을 관찰하였으며, 이러한 발생학적 결함들이 기존에 알려졌던 초파리 MAPK 돌연변이인 rolled 돌연변이주와 놀랍게 유사하다는 사실을 발견하였다. 또한 PDZ-GEF는 초파리 눈의 발생단계에서 일반세포가 광수용체 세포로 분화하도록 하는 기능을 가진 것으로 밝혀졌으며, 이러한 기능은 MAPK 신호전달계의 활성화를 통하여 이루어지는 것으로 나타났다. 또한 포유류 연구에서 PDZ-GEF에 의해 활성을 가진다고 알려졌던 Rap1 GTPase가 PDZ-GEF와 MAPK 신호전달계를 연결시켜주는 것으로 밝혀졌으며, 기존에 MAPK 신호전달계를 활성화시킨다고 알려졌던 Ras GTPase는 이러한 PDZ-GEF에 의한 MAPK 활성화시키는 데에 관련되어있지 않으며, 도리어 저해적인 요소로 작용함이 밝혀졌다. 이상의 연구들을 통하여 본 연구자는 PDZ-GEF가 MAPK 신호전달계를 조절하는 새로운 상위인자임을 밝혔고, 기존에 알려졌던 Ras GTPase에 의한 활성화 기작과 다른 새로운 종류의 MAPK 신호전달계의 활성화 기작이 존재한다는 것을 보여주었다.
