Novel stress signaling pathway mediated by microtubules

• Project/Area Number: 20H03276
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 橋本 隆 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80180826)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥14,820,000 (Direct Cost: ¥11,400,000、Indirect Cost: ¥3,420,000); Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2020: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 乾燥ストレス / 微小管 / キナーゼ / フォスファターゼ / ゼニゴケ / 仮根 / チューブリン / リン酸化 / 活性制御機構 / 植物 / ストレス / シグナル伝達

Outline of Research at the Start

本研究対象であるストレス活性化リン酸化酵素PHS1が担う乾燥・塩ストレス応答機構は淡水性緑藻で誕生し、植物が海洋から内陸淡水環境、さらに陸上乾燥環境へと進出する際に進化させてきた非常にユニークなストレスホルモン非依存的なシグナル伝達様式である。微小管細胞骨格の安定性を介して、下流のストレス応答性遺伝子発現や形態適応変化をもたらす分子機構は植物のみならず、動物・酵母などを含めた生物界においても、新しい概念である。本研究において明らかにされるシグナル伝達様式が植物の他の環境応答反応や動物界においても使われているか、興味深い。

Outline of Annual Research Achievements

大腸菌でPHS1（全長929aa）の断片や変異型を発現させ、チューブリンリン酸化活性と自己リン酸化活性を調べた。PHS1はキナーゼ相互作用モチーフ（KIM）を含むN末端断片（1－85）、キナーゼ触媒部位（K187）活性アミノ酸残基とチューブリン認識部位を含む中央部（86－700）、フォスファターゼ領域（86－929；活性アミノ酸残基C792）から成る。PHS1（1－700）及びPHS1（86－929）は不活性であったため、N末端領域とC末端フォスファターゼのいずれか単独でもキナーゼ活性を完全に抑制することが判明した。KIM変異PHS1（1－700）では部分的にキナーゼ活性が阻害されたことから、KIMは活性阻害モチーフであるとともに、他にも活性抑制に働くN末端領域があることが示唆された。不活性フォスファターゼ変異PHS1（86－929C792S）は部分的にキナーゼ活性を阻害したことから、フォスファターゼによるキナーゼの活性阻害は酵素活性とタンパク質相互作用の両方が関わっていることが明らかとなった。また、キナーゼ領域（86－700）とフォスファターゼ領域（701－929）を個別に発現させて反応させると、フォスファターゼ領域のモル比に応じてキナーゼ活性が阻害された。自己リン酸化活性を調べた実験では、チューブリンリン酸化活性と自己リン酸化活性は強く相関していた。
ゼニゴケ葉状体を乾燥ストレスに晒すとPHS1依存的に多数の短い仮根が誘導されるため、仮根誘導転写因子RSL1とGFPの融合タンパク質をゼニゴケ細胞で発現する系統を作成した。また、仮根起源細胞を同定するために、FRH1プロモーター:YFP-NLSの発現ゼニゴケ系統も作成した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hyperosmotic stress-induced microtubule disassembly in Chlamydomonas reinhardtii (2022)
  • Author(s): Ng Lee Mei、Komaki Shinichiro、Takahashi Hideyuki、Yamano Takashi、Fukuzawa Hideya、Hashimoto Takashi
  • Journal Title: BMC Plant Biology Volume: 22 Issue: 1 Pages: 46-46
  • DOI: 10.1186/s12870-022-03439-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An anchoring complex recruits katanin for microtubule severing at the plant cortical nucleation sites (2021)
  • Author(s): Noriyoshi Yagi , Takehide Kato , Sachihiro Matsunaga , David W. Ehrhardt , Masayoshi Nakamura , Takashi Hashimoto
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3684-3684
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24067-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Purification of tubulin from plant materials. (2020)
  • Author(s): T. Hotta, and T. Hashimoto
  • Journal Title: Molecular Cell Biology Volume: 160 Pages: 263-280
  • DOI: 10.1016/bs.mcb.2020.06.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanistic Insights into Plant Chiral Growth (2020)
  • Author(s): Nakamura, M. and Hashimoto, T.
  • Journal Title: Symmetry Volume: 12 Issue: 12 Pages: 2056-2056
  • DOI: 10.3390/sym12122056
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 染色体パッセンジャー複合体の一員である SURVIVIN は収斂進化によって生じた (2022)
  • Author(s): 小牧 伸一郎
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
• [Presentation] bpp変異体を用いた葉表皮細胞における複雑な細胞形態の意義の検討 (2021)
  • Author(s): 三ツ井奨一朗
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 高浸透圧ストレスによるチューブリンのリン酸化が阻害された変異株の選抜 (2021)
  • Author(s): 前田智恵
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 植物におけるSurvivin 機能的ホモログの解析 (2021)
  • Author(s): 小牧 伸一郎
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会