液胞プロセシング酵素による高等植物の細胞内分解の制御機構

• Project/Area Number: 09267241
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 西村 いくこ 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助教授 (00241232)
• Project Period (FY): 1997
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1997)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 1997: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 酵素の活性化 / 液胞プロセシング酵素 / 液胞 / タンパク質の成熟化 / 酵母 / システインプロテイナーゼ / シロイヌナズナ / セネッセンス

Research Abstract

高等植物の液胞は,貯蔵器官のタンパク質蓄積型液胞(PSV:Protein-storage vacuoles)と栄養器官の分解型液胞(LV:Lytic vacuoles)に分けられている.液胞プロセシング酵素(VPE:Vacuolar Processing Enzyme)はこれらの液胞に局在する様々なタンパク質の成熟化に関与している酵素で,新規のシステインプロテイナーゼのファミリーを形成しているが,このファミリーはさらに2つのサブファミリーに分けられる.これまでの結果から,一方はPSVで,他方はLVで機能していることが分かってきた.本年度は,下記の2つの研究成果を得た.
1.VPE自身の活性発現機構
ヒマVPE遺伝子を酵母細胞内で発現させると,不活性な前駆体として合成され,液胞に細胞内輸送された後,プロペプチドの除去によって活性を持った成熟型に変換することが分かった。次いで,変異VPEを発現させ,活性に必須なCys残基やHis残基の同定を行った.必須残基をGly残基に入れ換えた不活性な前駆体を発現させた場合,前駆体から成熟型への変換が全くみられなくなった.即ち,活性を持った成熟型への変換は,自己触媒的に起こることが分かった.この結果は,VPEの活性化に関与する他の因子は存在せず,液胞タンパク質の成熟化を制御しているのはVPEそのものであることを強く示唆している.
2.栄養器官型液胞におけるVPEの機能の解明
アラビドプシスの3種類のVPE(αVPE,βVPE,γVPE)遺伝子のプロモーターにGUS遺伝子をつないでシロイヌナズナとタバコに導入し,それぞれの発現様式を解析した。その結果,βVPE遺伝子が種子に特異的に発現しているのに対し,αVPEとγVPEの遺伝子は葯や葉などの栄養器官の老化部位や傷害を受けた部位に発現してくることが認められた.γVPEとαVPEの遺伝子はいずれも栄養器官の細胞死に向かう組織のLVで機能していると考えられる.

Research Products

• [Publications] Hara-Nishimura,I.: "Transport of storage proteins to protein-storage vacuoles is mediated by large precursor-accumulating vesicles." Plant Cell. (印刷中). (1998)
• [Publications] Hatano K.: "Arpid increase in the level of binding protein (BiP) is accompanied by synthesis and degradation of storage proteins in pumpkin cotyledons." Plant Cell Physiol.10. 344-351 (1997)
• [Publications] Inoue,K.: "Heterologous expression and subcellular localization of pumpkin seed tonoplast intrinsic proteins (TIP) in yeast cells." Plant Cell Physiol.38. 366-370 (1997)
• [Publications] Hiraiwa,N.: "An aspartic proteinase is involved in breakdown of propeptides of storage proteins in protein-storage vacuoles of plants." Eur.J.Biochem.246. 133-141 (1997)
• [Publications] Kato,A.: "Glyoxysomal malate dehydrogenase in pumpkin : cloning of a cDNA and functional analysis of its prosequence." Plant Cell Physiol.39. 186-195 (1998)
• [Publications] Hiraiwa,N.: "Expression and activation of the vacuolar processing enzyme in Saccharomyces cerevisiae." Plant J.12. 819-829 (1997)
• [Publications] Shimada,T: "A pumpkin 72-kDa membrane protein of precursor-accumulating vesicles has characteristics of a vacuolar sorting receptor." Plant Cell Physiol.38. 1414-1420 (1997)
• [Publications] Minami,Y.: "β-Glucosidase in the Indigo plant : intracellular localization and tissue specific expression in leaves." Plant Cell Physiol.38. 1069-1074 (1997)
• [Publications] Sato,M.: "The AtVAM3 encodes a syntaxin related molecule implicated in the vacuolar assembly in Arabidopsis thaliana." J.Biol.Chem.272. 24530-24535 (1997)
• [Publications] Hara-Nishimura,I.: "Vacuolar processing enzyme in protein storage vacuoles and lytic vacuoles." J.Plant Physiol.(印刷中). (1998)
• [Publications] 西村いくこ: "液胞の機能を担う液胞プロセシング酵素" 蛋白質・核酸・酵素,増刊号(共立出版,東京). 67. 2335-2341 (1997)
• [Publications] 平岩呂子: "種子タンパク質の成熟化機構の解析" 大豆たん白質栄養研究会会誌(財団法人大豆たん白質栄養研究会、京都). 18. 4-9 (1997)