分泌タンパク質の細胞外での選別回収に関わる未解明機構の探索

• Project/Area Number: 16657011
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 植物生理・分子
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 西谷 和彦 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (60164555)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横山 隆亮 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 講師 (90302083)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2005: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2004: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 植物 / 培養細胞 / タンパク質 / 細胞壁 / シロイヌナズナ / 分泌 / プロテオーム / アポプラスト / 植物細胞壁 / 選別回収 / 細胞壁タンパク質

Research Abstract

分泌タンパク質の細胞外での選別回収に関わる未解明機構の探索
植物細胞は常時,細胞外,すなわち細胞壁中に多量のタンパク質と糖質を分泌し,細胞壁構造を構築・再編しながら形態形成,生体防御,細胞間の情報や物質の輸送など,多岐に亘る機能を処理している。分泌される高分子類は,恒久的に細胞壁中に残留するもの(構造タンパク質やセルロースなど)と,役割終了後,細胞壁中より直ちに姿を消すもの(酵素タンパク質)とに大別される。後者は細胞壁中の何らかの選別・回収システムを介して,細胞内に戻され,資源として再利用されているはずである。しかし,その選別・回収システムの存在は未だ解明されていず,その分子機構は全く不明である。
本研究の目的は,原形質膜外、すなわち、アポプラストへ分泌された後のタンパク質の選別・回収の分子機構の存在を実証し,その分子機構の解明に繋がる糸口をつかむことである。この目的のためにまず、細胞壁中に分泌されるタンパク質群のプロテオーム解析を行った。すなわち、シロイヌナズナの培養細胞Alex株を用いて、細胞を破砕せずに、無傷の培養細胞およびプロトプラストより1時間および3時間細胞壁を再生を経たのちの細胞より、それぞれIMKCl溶液により細胞壁にイオン結合により吸着しているタンパク質を溶出させた。この方法を用いることにより、原形質や液胞タンパク質の混入のない細胞壁タンパク質画分を得ることが可能となった。上記の三つの細胞壁画分由来のタンパク質を二次元電気泳動により分離・マッピングを行ったのち、それぞれのタンパク質スポットを回収し、トリプシン消化後、MALDI-TOF/MSにより一次構造推定および遺伝子の推定を行った。更に、各タンパク質スポットのリン酸化および糖鎖付加の状態を解析した。その結果、細胞壁再生過程で著しい変動を示すタンパク質群を同定することができた。

Research Products

• [Journal Article] A principal role for AtXTH18 in Arabidopsis root growth - a functional analysis using RNAi plants (2006)
  • Author(s): Osato, Y., Yokoyama, R., Nishitani, K.
  • Journal Title: J.Plant Res (In press)
• [Journal Article] Identification and Characterization of Arabidopsis thaliana Genes Involved in Xylem Secondary Cell Walls (2006)
  • Author(s): Yokoyama, R., Nishitani, K
  • Journal Title: J.Plant Res (In press)
  • NAID: 10019164634
• [Journal Article] A brief history of the XTH gene family (2006)
  • Author(s): Nishitani K
  • Journal Title: In The Plant Cell Wall (Ed. Hayashi, T.) (Universal Publisher) (In press)
• [Journal Article] 植物細胞壁の構造と機能-比較ゲノムからのアプローチ (2006)
  • Author(s): 西谷和彦
  • Journal Title: 植物の生長調節 41(In press)
  • NAID: 110004749494
• [Journal Article] 植物細胞壁構造の多様性と動態-ゲノム情報からのアプローチ (2006)
  • Author(s): 倉澤香澄, 横山隆亮, 西谷和彦
  • Journal Title: プラントミメティックス-植物に学ぶ (In press)
• [Journal Article] Differential expression of AtXTH17, -18, -19 and -20 genes in Arabidopsis roots. Physiological roles in specification in cell wall construction (2005)
  • Author(s): Vissenberg, K., Oyama, M., Osato, Y., Yokoyama, R., Verbelen, J-P, Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol 46 Pages: 192-200
• [Journal Article] AtXTH27 plays an essential role in cell wall. modification during the development of tracheary elements (2005)
  • Author(s): Matsui, A., Yokoyama, R., Ito, T., Seki, M., Shinozaki, K., Takahashi, T., Komeda, Y., Nishitani, K
  • Journal Title: Plant J 42 Pages: 525-534
• [Journal Article] A proteomic approach to apoplastic proteins involved in cell wall regeneration in protoplasts of Arabidopsis suspension cultured cell (2005)
  • Author(s): Kwon, H-K., Yokoyama, R., Nishitani K
  • Journal Title: Plant Cell Physiol 46 Pages: 843-857
  • NAID: 10016454248
• [Journal Article] Comprehensive, approach to genes involved in cell wall modifications in Arabidopsis thaliana. (2005)
  • Author(s): Imoto, K., Yokoyama, R., Nishitani, K
  • Journal Title: Plant Mol.Biol 58 Pages: 177-192
• [Journal Article] Kappa-View : the web-based, plant metabolic pathway analysis tool for integration of transcript and metabolite data (2005)
  • Author(s): Tokimatsu, T., Sakurai, N., Suzuki, H., Ohta, H., Nishitani, K., Koyama, T., Umezawa, T., Misawa, N., Saito, K., Shibata, D
  • Journal Title: Plant Physiol 138 Pages: 1289-1300
• [Journal Article] Division of roles among members of the XTH gene family in plants (2005)
  • Author(s): Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant Biosystems 139 Pages: 98-101
• [Journal Article] Differential expression of AtXTH17, -18, -19 and -20 genes in Arabidopsis roots. Physiological roles in specification in cell wall construction (2005)
  • Author(s): Vissenberg, K., Oyama, M., Osato, Y., Yokoyama, R., Verbelen, J-P, Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 46 Pages: 192-200
• [Journal Article] AtXTH27 plays an essential role in cell wall modification during the development of tracheary elements. (2005)
  • Author(s): Matsui, A., Yokoyama, R., Ito, T., Seki, M., Shinozaki, K., Takahashi, T., Komeda, Y., Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant J. (In press)
• [Journal Article] A Proteomic Approach to Apoplastic Proteins Involved in Cell Wall Regeneration in Protoplasts of Arabidopsis Suspension Cultured Cell (2005)
  • Author(s): Kwon, H-K., Yokoyama, R., Nishitani K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. (In press)
  • NAID: 10016454248
• [Journal Article] Division of roles among members of the XTH gene family in plants (2005)
  • Author(s): Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant Biosystems (In press)
• [Journal Article] a-D-Glucans having unique structures in wheat bran extracts stimulate the production of Penicillolysin (a metalloprotease) from Penicillium citrinum. (2004)
  • Author(s): Simakage, A., Yamagata, Y., Abe, K., Nishitani, K., Nakakajima, T.
  • Journal Title: J.Applied Glycosciences 51 Pages: 285-289
• [Journal Article] Cell wall dynamics in tobacco BY-2 cells. (2004)
  • Author(s): Yokoyama, R., Tanaka, D., Fujino, T., Itoh, T.Nishitani, K
  • Journal Title: Biotechnology in Agriculture and Forestry 53 Pages: 217-230
• [Journal Article] A surprising diversity and abundance of XTHs (xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases) in rice : classification and expression analysis. (2004)
  • Author(s): Yokoyama, R., Rose, J.K.C., Nishitani, K.
  • Journal Title: Plant Physiol. 134 Pages: 1088-1099
• [Journal Article] Genomic Basis for Cell-Wall Diversity in Plants. A Comparative Approach to Gene Families in Rice and Arabidopsis. (2004)
  • Author(s): Yokoyama, R., Nishitani K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 45 Pages: 1111-1121
  • NAID: 10013734098
• [Book] 「植物の生化学・分子生物学」2章 細胞壁(杉山達夫監修) (2005)
  • Author(s): 西谷 和彦
  • Total Pages: 54
  • Publisher: 学会出版センター