Molecular mechanism governing plant plasticity through pre-mRNA 3'UTR regulation
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22K06279
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
柘植 知彦 京都大学, 化学研究所, 准教授 (50291076)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | mRNA代謝 / 選択的ポリアデニル化 / 3'UTR / Cleavage Factor I / COP9シグナロソーム |
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| Outline of Research at the Start |
光環境の変化に適応する植物において、CFI がmRNA前駆体の3'UTRを制御する分子機構を解明する。とくに、遺伝子の改変および分子生物学的解析が、個体レベルで研究できる植物の実験系の利点を生かし、動植物で普遍性が高い選択的ポリアデニル化の分子メカニズムの解明を以下の通り目指す。
①暗所から明所に環境を変化させた時に、CFI制御下にある遺伝子群の同定とその選択的ポリアデニル化の制御機構とを解析する。
②CFIとCSNの機能欠損・機能改変植物を用いて、光環境適応に関わるCFI構成分子種の使い分けとその制御機構を解析する。
③さらに選択的スプライシングと選択的ポリアデニル化とのクロストークを解析する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、光環境の変化に適応する植物をモデルに用い、CFI がmRNA前駆体の3'UTRを制御する分子機構を解明する。
pre-mRNAの3'UTR切断部位を決定するプロセスで重要な役割を担うCFIタンパク質複合体の全構成因子を植物で同定し、研究基盤を整備する。pre-mRNAには複数のポリアデニル化部位が存在し、その選択により異なった構造をもつ成熟mRNAができる。選択的ポリアデニル化は、3'UTRの構造やmiRNA標的などによる安定性、転写産物の局在、翻訳産物の多様化に貢献する。特にCFIが3'UTRの選択的ポリアデニル化制御に不可欠と考えられる。
本年度は、シロイヌナズナでCFI構成因子（AtCFI）を単離して、植物における機能を解析した。これまでの成果は、国内外の学会、論文などに発表した。以下その成果の一部を列記する。
１）AtCFIは、AtCFI 25a、AtCFI 25b、AtCFI 59、AtCFI 68、により構成され、核において、AtCFI 25aとAtCFI 59、AtCFI 25aとAtCFI 68がそれぞれ共局在する。また、AtCFI 59とAtCFI 68も共局在することから、CFIを構成するサブユニット構成の組み合わせは多様と考えられた。
２）免疫沈降とLC-MSを組み合わせた生化学的実験などから、AtCFIの構成因子が相互に確認でき、シロイヌナズナにおいてCFIがタンパク質複合体として存在することが判明した。
３）AtCFI構成因子の機能欠損変異植物を同定し、その多重変異体を作製した。AtCFI 25aの機能欠損変異体は形態形成に異常を示した。またAtCFI 59とAtCFI 68の機能欠損変異体は、1遺伝子変異では異常を示さないが、２重欠損変異体で形態形成に異常を示したことから、AtCFI 59とAtCFI 68には重複した機能があると考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
機能欠損植物の詳細な形態解析とともに、AtCFI構成因子をコードする遺伝子群の3'UTR切断部位の同定を3'-RACE法とPAT-seq法を用いて解析している。これらの研究結果は順次得られているので、現在詳細な解析を進めている。
特に、AtCFIがAtCFI構成因子をコードする遺伝子に対して自己制御している結果が得られていて、興味深い。また、それらのpre-mRNAの3'UTR切断部位制御の依存度も異なることから、AtCFIが多様な遺伝子の転写産物を制御する際の貢献度を決める別の因子が存在すると考えられる。
これらの研究成果は、2つの国際学会発表、5つの国内学会発表、1つの招待講演、において公表（2022）するとともに、以下論文として発表している。
Zhang X, Nomoto M, Garcia-Leon M, Takahashi N, Kato M, Yura K, Umeda M, Rubio V, Tada Y, Furumoto T, Aoyama T, *Tsuge T. (2022) CFI 25 subunit of cleavage factor I is important for maintaining the diversity of 3′ UTR lengths in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Plant Cell Physiol, 63: 369-383.
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、すでに進めている研究を継承・発展させるとともに、mRNA代謝制御因子群が機能するのにタンパク質分解制御機構がどのように必要であるのかその分子メカニズムの理解を目指す。複合的アプローチを通じて、複雑な制御機構の全貌をひも解くことをめざし、これまでの実験に加えて新たに以下の３点に焦点を絞る。
１）CFI機能欠損変異植物と野生型植物とを用いて、全ゲノム遺伝子の3'UTR切断部位の同定を3'-RACE法とPAT-seq法を組み合わせて比較解析する。これらの研究結果から、CFI機能に依存する遺伝子群とその特徴を評価解析する。
２）暗所から明所に環境を変化させた時の選択的ポリアデニル化の制御機構解析を行なう。
明条件の情報伝達経路を素過程に分けて扱う目的で、暗所で生育させた、野生型、CFI機能欠損植物、CSN機能欠損植物（恒常的光シグナル亢進）、光受容体変異植物（恒常的光シグナル欠損植物）に、光照射を行ない、RNA-seqを用いた全ゲノム発現解析を行なう。
３）CSNとCFIの機能欠損・機能改変植物を用い、CFIタンパク質複合体の構成因子の多様性とそれら分子種が制御する情報伝達経路と遺伝子発現機構の解析。
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Report
(1 results)
Research Products
(13 results)
