外的環境と内的リソース蓄積をモニターするテトラピロールシグナル伝達系の解明

• Project/Area Number: 20K06638
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44010:Cell biology-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 小林 勇気 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80644616)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: オルガネラ / 細胞周期 / 環境応答 / 葉緑体 / テトラピロール / レトログレードシグナル

Outline of Research at the Start

単細胞藻類や高等植物の幹細胞では、オルガネラと核の分裂に至るプロセスには協調関係が見られる。申請者は、核のDNA複製はオルガネラDNA複製によって制御されており、葉緑体で合成されるテトラピロール分子の一種がシグナルとして働いていることを明らかにした。また、オルガネラDNA複製にもテトラピロールシグナルが関与しており、このシグナルの上流には光合成、呼吸、細胞内リソースの蓄積をモニターするチェックポイントが存在することが示唆された。このチェックポイント機構を解析することで、外的環境変化および内的リソース蓄積の双方に跨る新規シグナル伝達系を明らかにすることが可能である。

Outline of Annual Research Achievements

単細胞藻類や高等植物の幹細胞では、オルガネラと核の分裂に至るプロセスには協調関係が見られる。申請者は、核のDNA複製はオルガネラDNA複製によって制御されており、葉緑体で合成されるテトラピロール分子の一種が、シグナルとして働いていることを明らかにした。また、オルガネラDNA複製の開始にもテトラピロールシグナルが関与することが判明している。申請者のこれまでの研究からオルガネラDNA複製を制御するテトラピロールシグナルの上流には光合成、呼吸、細胞内リソースの蓄積をモニターするチェックポイントが存在することが示唆された。そこで本研究では、オルガネラDNA複製のチェックポイントの分子機構を明らかにすることを目的とする。このチェックポイント機構を解析することで、外的環境変化および内的リソース蓄積の双方のシグナル伝達系を明らかにすることが可能だと考えられる。申請者の発表・未発表データからODR開始には、明条件・光合成・呼吸・適切な細胞リソースの蓄積の4つの条件が必要であること、これら4つの条件が揃うと、一過的なFHの蓄積、MAPKの活性化、ユビキチン化による特定タンパク質分解の3つの反応が起こりODRが開始されることが明らかになっている。本研究では1) 4つの条件と3つの反応の関連付け、2) MAPKとユビキチン化のターゲットの特定、3) 3つの反応に関わる因子同士の相互作用の解明を行うことでODR開始の分子機構を明らかにする。これらを解き明かすためにRNA-seq、酵母2ハイブリット（Y2H）、MS解析等の大規模解析によるスクリーニングと、個々の因子の機能解析のためにノックアウト・過剰発現株の作成・種々の生化学解析を行った。

Research Products

• [Journal Article] ESCRT machinery mediates cytokinetic abscission in the unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae. (2020)
  • Author(s): Yagisawa F., Fujiwara T., Takemura T., Kobayashi Y., Sumiya N., Miyagishima S. Y., Nakamura S., Imoto Y., Misumi O., Tanaka K., Kuroiwa H., Kuroiwa T.
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 8 Pages: 169-169
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.00169
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 原始紅藻における光シグナル伝達に関わるE3ユビキチンリガーゼCul4複合体の解析 (2021)
  • Author(s): 小林 勇気、北川 美也子、吉川 瞳子、大原 ひかる、華岡 光正、今村 壮輔、田中 寛
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会