Molecular mechanism of plant G-protein signaling

• Project/Area Number: 20K15727
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Fukuda Masahiro 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任助教 (80827155)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 構造生物学 / 植物 / Gタンパク質シグナリング / 三量体Gタンパク質シグナル / イネ科植物

Outline of Research at the Start

全ての生物は外環境に対して適切な行動をとるため，情報を細胞内へ伝える伝達システムを持つ．細胞内外を繋ぐ主要な情報伝達系の一つに，三量体Gタンパク質を介したシグナル伝達経路がある．三量体Gタンパク質はα，β，γの3つのサブユニットから構成され，ヒトをはじめとした動物同様に植物にも保存されている．しかし，植物の三量体Gタンパク質シグナル制御機構の詳細は未だ不明な点が多い．本研究では，X線結晶構造解析およびクライオ電子顕微鏡解析を組み合わせた構造生物学的研究を行うことで，農作物として有用なイネ科植物をはじめとした被子植物におけるユニークな三量体Gタンパク質シグナル制御機構の解明を目指す．

Outline of Final Research Achievements

The heterotrimeric G-protein signaling pathway is one of the major systems for transmitting extracellular information into the cell. Although trimeric G-proteins are conserved in plants, their molecular mechanisms is largely different from those in animals. We have succeeded in purification of plant membrane protein samples. Cryo-electron microscopic analyses suggested that the particles assemble to form long aggregated structure in detergent micelle.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

2017年にノーベル化学賞の対象となった技術であるクライオ電子顕微鏡法の台頭によって、Gタンパク質共役型受容体 (GPCR) とGタンパク質との複合体構造が次々に報告され、動物の三量体Gタンパク質の活性化/不活性化の分子機構が原子レベルで解明されつつある。しかし、植物のGタンパク質シグナルの分子機構はほとんど不明である。本研究ではそのような植物の膜タンパク質を介したGタンパク質シグナリングに着目し、構造生物学的研究を行った。その結果、これまでに精製の報告がない植物由来膜タンパク質の発現と精製に成功した。これは今後、植物の三量体Gタンパク質シグナル制御機構の理解を促進させると期待される。