プロテオーム解析による植物の窒素応答を支える分子ネットワークの解明

• Project/Area Number: 15J08368
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant nutrition/Soil science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 前川 修吾 東京大学, 生物生産工学研究センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: シロイヌナズナ / 植物栄養 / 硝酸シグナリング / プロテオーム解析 / リン酸化 / リボソーム生合成 / リボソームストレス / 形態形成 / 窒素栄養 / 硝酸シグナル応答 / プロテオーム

Outline of Annual Research Achievements

植物の主要な窒素源である硝酸イオンの吸収や代謝は、鍵転写因子であるNLPファミリーによって制御されている。これまでに、NLPは硝酸シグナルにより活性化されることで下流の遺伝子発現制御を行うことが知られていたが、その分子実体は不明であった。報告者が所属する研究グループにおける先行研究により、そのNLPの活性化には硝酸シグナルの伝達に応答した特定のアミノ酸へのリン酸化が必要であることが示唆されていた。昨年度までに、nanoLC-ESI-MSを用いた解析を行い、先行研究によって示されていたものと同一のセリン残基がリン酸化されているペプチドを同定していた。また、それと並行してこのリン酸化を実行するキナーゼとしてCPKファミリーのメンバーを同定していた。これらの結果から、硝酸シグナルによるNLPの活性化メカニズムの詳細を明らかにすることができた。本年度は、これらの結果を合わせた内容の投稿論文を発表するに至り、植物栄養の分野に大きなインパクトを与えた。
また、上記研究と並行して、リボソーム生合成に着目した研究も実施してきた。糖誘導性の核小体タンパク質APUM24が、リボソームRNA (rRNA)前駆体の成熟に必要であることを突き止めるとともに、apum24ノックダウン変異体は糖依存的にrRNA前駆体の成熟が滞り、それによりリボソームストレス応答や糖への過剰応答を引き起こすことを明らかにした。これらの結果をまとめ、リボソーム生合成と糖応答、そしてリボソームストレスの三者をつなぐ新しい概念を提示し、それを投稿論文として発表するに至った。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Harvard Medical School/Howard Hughes Medical Institute/Massachusetts General Hospital(米国)
• [Int'l Joint Research] Universit Paris-Saclay(France)
• [Journal Article] Reduced expression of APUM24, encoding a novel rRNA processing factor, induces sugar-dependent nucleolar stress and altered sugar responses in Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Maekawa, S., Ishida, T. and Yanagisawa, S.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 30 Issue: 1 Pages: 209-227
  • DOI: 10.1105/tpc.17.00778
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nucleolar stress and sugar response in plants (2018)
  • Author(s): Maekawa, S. and Yanagisawa, S.
  • Journal Title: Plant Signal Behav. Volume: - Issue: 3 Pages: e1442975-e1442975
  • DOI: 10.1080/15592324.2018.1442975
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery of Nitrate-CPK-NLP signalling in central nutrient-growth networks. (2017)
  • Author(s): Liu, K., Niu, Y., Konishi, M., Wu, Y., Du, H., Sun Chung, H., Li, L., Boudsocq, M., McCormack, M., Maekawa, S., Ishida, T., Zhang, C., Shokat, K., *Yanagisawa, S., *Sheen, J.
  • Journal Title: Nature Volume: 18;545 Issue: 7654 Pages: 311-316
  • DOI: 10.1038/nature22077
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct transcriptional activation of BT genes by NLP transcription factors is a key component of the nitrate response in Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Sato, T., Maekawa, S., Konishi, M., Yoshioka, N., Sasaki, Y., Maeda, H., Ishida, T., Kato, Y., Yamaguchi, J. and Yanagisawa, S.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 483 Issue: 1 Pages: 380-386
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.12.135
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The pre-rRNA processing complex in Arabidopsis includes two WD40-domain-containing proteins encoded by glucose-inducible genes and plant-specific proteins (2016)
  • Author(s): Tetsuya Ishida*, Shugo Maekawa*, Shuichi Yanagisawa
  • Journal Title: Molecular Plant Volume: 9 Issue: 2 Pages: 312-315
  • DOI: 10.1016/j.molp.2015.11.003
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Functional analysis of NuGAP1/APUM24 protein in sugar-dependent ribosomal RNA processing (2017)
  • Author(s): Shugo Maekawa, Tetsuya Ishida, Shuichi Yanagisawa.
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県 鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 根の形態形成への糖誘導性リボソーム生合成関連因子OLI2の関与 (2017)
  • Author(s): 前川修吾，柳澤修一
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [Presentation] シロイヌナズナのリボソームRNA合成因子APUM24の発現抑制株では糖条件依存的に核小体ストレスが生じて生育が抑制される (2017)
  • Author(s): 前川修吾，石田哲也，柳澤修一
  • Organizer: 第7回植物RNA研究ネットワークシンポジウム
• [Presentation] シロイヌナズナAPUM24の発現低下は糖依存的にリボソームRNAの成熟異常を誘導してリボソームストレスを生じる (2017)
  • Author(s): 前川修吾，石田哲也，柳澤修一
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会
• [Presentation] Novel rRNA processing factor APUM24 in a key of nucleolar stress and sugar response in Arabidopsis thaliana (2017)
  • Author(s): Shugo Maekawa, Tetsuya Ishida, Shuichi Yanagisawa
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新奇Pumilioタンパク質APUM24は糖依存的にリボソーマルRNAの特定のプロセシング段階に関与する (2016)
  • Author(s): Shugo Maekawa, Tetsuya Ishida, Shuichi Yanagisawa.
  • Organizer: 第6回植物RNA研究ネットワークシンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道 札幌市）
  • Year and Date: 2016-11-17
• [Presentation] 硝酸シグナル応答型転写因子NLPはBT群の遺伝子発現制御を介して側根伸長を制御する (2016)
  • Author(s): Shugo Maekawa, Tetsuya Ishida, Shuichi Yanagisawa.
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2016年度佐賀大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学（佐賀県 佐賀市）
  • Year and Date: 2016-09-20
• [Presentation] 糖誘導性核小体タンパク質APUM24はRNAエンドヌクレアーゼと相互作用してリボソーマルRNAプロセシングに関与する (2016)
  • Author(s): Shugo Maekawa, Tetsuya Ishida, Shuichi Yanagisawa.
  • Organizer: 第34回日本植物細胞分子生物学会
  • Place of Presentation: 信州大学（長野県 上田市）
  • Year and Date: 2016-09-01
• [Presentation] Proteome analysis using two nuclear proteins with unknown functions provides new insights into the rRNA biosynthesis system in plants (2016)
  • Author(s): 前川修吾，石田哲也，柳澤修一
  • Organizer: 第15回東京大学生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学武田先端知ビル(東京都文京区)
  • Year and Date: 2016-06-27
• [Presentation] Functional analysis of ribosome biosynthesis-related NuGAP1/APUM24 protein in sugar response (2016)
  • Author(s): 前川修吾，石田哲也，柳澤修一
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス(岩手県盛岡市)
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] 硝酸シグナル応答型転写因子NLPの新規標的遺伝子BT群の機能解析 (2015)
  • Author(s): 前川修吾，吉岡希，小西美稲子，石田哲也，加藤祐樹、佐々木勇樹, 佐藤長緒, 山口淳二, 柳澤修一
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2015年度京都大会
  • Place of Presentation: 京都大学吉田キャンパス(京都府左京区)
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] リボソーム生合成と糖応答 (2015)
  • Author(s): 前川修吾，石田哲也，柳澤修一
  • Organizer: 第１回植物の栄養研究会
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂(東京都文京区)
  • Year and Date: 2015-09-04
  • Invited
• [Presentation] クロロフィル生合成鍵代謝物5-aminolevulinic acid生合成におけるユビキチンリガーゼATL31及びATL6の関与 (2015)
  • Author(s): 前川修吾，高林厚史，田中歩，佐藤長緒，柳澤修一，山口淳二
  • Organizer: 第33回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 東京大学農学部キャンパス(東京都文京区)
  • Year and Date: 2015-08-10
• [Presentation] Proteome analysis using two nuclear proteins with unknown functions provides new insights into the rRNA biosynthesis system in plants (2015)
  • Author(s): Shugo Maekawa, Tetsuya Ishida, Shuichi Yanagisawa
  • Organizer: 26th International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2015-07-05
• [Remarks] 植物のリボソーム生合成因子APUM24の機能解明と糖によるリボソーム生合成の制御機構の発見
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2017/20171222-1.html
• [Remarks] Ribosome Production Under Surveillance
  • URL: https://plantae.org/ribosome-production-under-surveillance/
• [Remarks] 東京大学 生物生産工学研究センター 植物機能工学研究室
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/ppk/yanagisawa/index.html