脱ユビキチン化酵素UBP13による植物ホルモン受容体機能制御と栄養応答機構の解明

• Project/Area Number: 21J11970
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: LUO YONGMING 北海道大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: ユビキチンシグナル / 膜交通

Outline of Research at the Start

植物は細胞内の糖（炭素，C）/窒素（N）の相対量比を感知し，代謝や成長を調節するC/N応答を示す（Coruzzi, Curr. Opin. Plant Biol.2001）。しかし，C/N応答制御の分子機構はまだ不明な点が多い。申請書はこれまでに，脱ユビキチン化酵素UBP13がC/N応答制御に関与し，植物の成長に影響を与えることを見つけた。本研究では，脱ユビキチン化酵素UBP13 による植物ホルモン受容体のタンパク機能制御に着目し，C/N栄養応答が植物成長を制御する分子機構の全容解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，脱ユビキチン化酵素UBP13によるBRI1のエンドサイトーシス制御に着目し，栄養条件に応答した植物の成長制御機構の解明を目指している。これまでの研究から，ユビキチンシグナルによる植物栄養応答制御の重要性，特に脱ユビキチン化酵素UBP13が膜局在タンパク質の機能制御に重要な役割を果たす可能性を見出した。特に，UBP13は植物ホルモンブラシノステロイドの受容体であるBRI1のユビキチン化制御に関与する可能性が示唆された。
本研究では，UBP13とBRI1の関係性に着目し，下記2研究課題に関する詳細な解析を効率的に実施する。
1．UBP13によるBRI1のエンドサイトーシス制御機構の解明
2. UBP13を介した植物バイオマス制御の生理学的解析
当該年度は，UBP13とBRI1の関係性について，共焦点レーザー顕微鏡を用いたライブセルイメージング解析を行った。その結果，UBP13は細胞膜におけるBRI1の局在に影響することが示唆された。また，ユビキチン化部位変異型BRI1を用いた解析にも取組み，BRI1の機能制御におけるユビキチンシグナルの重要性およびUBP13の関与が示された。加えて，C/N栄養応答制御に関わる膜局在ユビキチンリガーゼATL31とUBP13が相互作用することを見出した。生化学的解析からUBP13はATL31が形成するポリユビキチン鎖を分解する活性を有することが分かった。さらに，遺伝学的解析から，UBP13がATL31との相互作用を介して，C/N栄養ストレス応答において機能することが分かった。これらの知見についてもとりまとめ，論文発表した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ゲント大学(ベルギー)
• [Int'l Joint Research] テキサスA&M大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ゲント大学(ベルギー)
• [Int'l Joint Research] テキサスA&M大学(米国)
• [Journal Article] Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 regulate carbon/nitrogen-nutrient stress responses by interacting with the membrane-localized ubiquitin ligase ATL31 in Arabidopsis (2022)
  • Author(s): Luo Yongming、Yasuda Shigetaka、Takagi Junpei、Hasegawa Yoko、Chiba Yukako、Yamaguchi Junji、Sato Takeo
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 636 Pages: 55-61
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.10.089
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 stabilize the brassinosteroid receptor BRI1 (2022)
  • Author(s): Luo Yongming、Takagi Junpei、Claus Lucas Alves Neubus、Zhang Chao、Yasuda Shigetaka、Hasegawa Yoko、Yamaguchi Junji、Shan Libo、Russinova Eugenia、Sato Takeo
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 23 Issue: 4
  • DOI: 10.15252/embr.202153354
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The TGN/EE SNARE protein SYP61 and the ubiquitin ligase ATL31 cooperatively regulate plant responses to carbon/nitrogen conditions in Arabidopsis (2022)
  • Author(s): Yoko Hasegawa, Thais Huarancca Reyes, Tomohiro Uemura, Anirban Baral, Akari Fujimaki, Yongming Luo, Yoshie Morita, Yasushi Saeki, Shugo Maekawa, Shigetaka Yasuda, Koki Mukuta, Yoichiro Fukao, Keiji Tanaka, Akihiko Nakano, Junpei Takagi, Rishikesh P Bhalerao, Junji Yamaguchi, Takeo Sato
  • Journal Title: THE PLANT CELL Volume: 34 Issue: 4 Pages: 1354-1374
  • DOI: 10.1093/plcell/koac014
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Deubiquitinating enzymes limit the degradation of brassinosteroid receptor BRI1 in Arabidopsis (2022)
  • Author(s): Luo Yongming、Takagi Junpei、Claus Lucas Alves Neubus、Zhang Chao、Yasuda Shigetaka、Hasegawa Yoko、Yamaguchi Junji、Shan Libo、Russinova Eugenia、Sato Takeo
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
• [Remarks] 研究室HP
  • URL: http://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/
• [Remarks] 研究室HP
  • URL: https://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/