Cell polarity is a pivotal process in many cellular functions such as development, proliferation, and differentiation, and an aberrant polarization allows cells susceptible to various diseases. The molecular mechanisms underlying cell polarization have been studied in a wide range of mammalian organisms. However, mechanisms of how cells establish and maintain cell polarity are still fascinating questions. In chapter 1, we suggest the newly identified upstream cue of neuronal polarization during the developmental process. Using light-activated TrkB receptors, named “Opto-cytTrkB,” we found that local activation of TrkB receptors around the neurite end initiates actin waves, which have known to promote the competition between neurites to become a winning axon during the multipolar state. Furthermore, by concentrating actin waves in one specific neurite, we observed light-specific translocation of key axonal proteins to the Opto-cytTrkB-activated neurite. From these results, we suggest that local activation of Opto-cytTrkB switches the fate from minor to major axonal neurite during neuronal polarization by generating actin waves. In chapter 2, we investigated the new mechanisms for symmetry breaking in migrating fibroblasts. In order to migrate toward the one direction, cells need to accompany the confined actin polymerization and cdc42 activity, establishing the single front. Here, we defined FMNL2 and FMNL3, members of the formin family, as intrinsic mediators to facilitate the polarized cell morphology for persistent migration by restricting the actin polymerization and active cdc42 at the leading edge. In addition, we further investigate the mechanisms underlying the FMNL2 and -3-mediated cell polarization by observing their roles in microtubule arrangement and membrane trafficking along the microtubules.
세포 극성은 발달, 생장, 분화와 같은 세포 기능에 중추적인 과정으로 세포 극성의 기본이 되는 분자 메커니즘은 활발하게 연구되어왔다. 그럼에도 세포가 극성을 확립하고 유지하는 메커니즘은 여전히 흥미로운 주제이다. 첫번째 챕터에서는 신경세포의 발달과정동안 형성되는 세포 극성의 새로운 상위 신호를 규명하였다. 빛에 의해 활성화 되는 TrkB 수용체인 Opto-cytTrkB를 이용하여, 신경돌기 말단에서 국소적으로 활성화된 수용체가 액틴파를 유도할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 하나의 신경돌기에 TrkB 수용체를 활성화 시켜 액틴파를 집중시킴으로써 축삭 결정을 유도하고 결국 신경세포의 극성을 유도한다는 새로운 분자적 메커니즘을 제안한다. 두번째 챕터에서는 이동하는 섬유아세포의 세포 극성에 대한 새로운 메커니즘을 살펴보았다. 이 연구에서는 액틴 신장에 관여하는 formin 단백질 집단 중 FMNL2와 FMNL3가 액틴중합과 활성화된 Cdc42를 한 방향으로 국한시킴으로써, 세포의 극성화를 유도하는 본질적인 매개체로써 역할 한다는 것을 규명하였다. 또한 FMNL에 의해 유도되는 세포 극성화의 메커니즘을 밝히기 위해, FMNL이 미세소관의 배열과 미세소관을 통한 물질 수송에 미치는 영향에 대해 추가 연구를 진행하고있다.
