独自の順遺伝学アプローチによる植物の活性酸素誘導性プログラム細胞死の分子機構解明
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20K21276
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
丸田 隆典 島根大学, 学術研究院農生命科学系, 教授 (50607439)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 貴央 島根大学, 学術研究院農生命科学系, 准教授 (80603802)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 酸化ストレス / 活性酸素 / シロイヌナズナ / プログラム細胞死 / レドックス制御 / 細胞死 / カタラーゼ / 活性酸素種 / シグナル伝達 / 植物 / カタラーゼ欠損株 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、ROS誘導性細胞死のサプレッサー変異株の原因遺伝子の解析を通して、ROSのセンシングやシグナル伝達の分子機構解明を目指す。原因遺伝子の一つであるCRUPはシステインリッチドメインを持ち、酸化ストレス下で酸化修飾を受けることが報告されているが、その実質的な機能は未解明である。そこで、CRUPの細胞内局在性や発現などの基本的な特性を明らかにするとともに、酸化還元修飾の有無やその生理学的意義を解析する。また並行して、他の原因遺伝子の機能解明を通して、ROS誘導性細胞死のアウトラインを明確化する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酸化ストレス誘導性細胞死の分子機構の解明を目的として、カタラーゼ欠損株（cat2）で生じるH2O2誘導性細胞死のサプレッサー変異株の単離と原因遺伝子の機能解析を行った。特に、1）サプレッサー遺伝子としてシステインリッチ機能未知タンパク質（CRUP）、2）グルタミン合成酵素2（GS2）、3）アスコルビン酸ペルオキシダーゼ1（APX1）に注目して解析を進めた。
1）CRUPの欠損が酸化ストレス誘導性細胞死を抑制することは、さまざまな生理学的条件下で確認できたが、その遺伝子サイズの大きさ故にcDNAのクローニングが困難であり、分子生物学的な側面からの研究を予定通りに進めることができなかった。そのため、CRUPペプチドに対する特異抗体の作出を試みたが、ウエスタンブロットでCRUPの発現を確認することはできなかった。そこで、トランスクリプトームを用いてCRUPの標的の同定を試み、オルガネラ間シグナル伝達と細胞死の関連が強く示唆された。
2）GS2と、同酵素と共役するグルタミン酸合成酵素（GOGAT）の解析から、葉緑体におけるGS-GOGATサイクルが酸化ストレス誘導性細胞死の駆動に必要であることがわかった。細胞内レドックス状態、光呼吸中間体、トランスクリプトームの解析により、GS2は光呼吸フラックスの維持により、cat2におけるH2O2生成を促進し、細胞死を誘導することが明らかになった。
3）APX1の欠損により、細胞死のトリガーとなるグルタチオン酸化が抑制されることがわかった。同酵素と共役するデヒドロアスコルビン酸還元酵素（DHAR1）の機能を合わせて解析することで、APX1-DHAR1の共役がグルタチオン酸化システムとして酸化ストレス誘導性細胞死の発動に関与することを証明することができた。また、このシステムはDNA損傷応答の抑制に関与することもわかった。
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Report
(4 results)
Research Products
(36 results)
