光で駆動する子葉細胞内でのリピッドボディ分解機構の解明

• Project/Area Number: 22K06292
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 林 八寿子 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (20228597)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2025: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: リピッドボディ / オートファジー / 子葉細胞 / ペルオキシソーム / 貯蔵脂肪 / リポファジー / シロイヌナズナ / 子葉 / 脂肪代謝

Outline of Research at the Start

野生株、オートファ ジー変異株(peup1/atg2, atg5, atg7)、脂肪酸β-酸化系欠損株(ped1)、グリオキシル酸回路欠損株(iclh)を用いて、レーザー顕微鏡を用いたLBの挙動解析、ペルオキシソームの脂肪酸代謝関連酵素の発現量解析、生化学的なトリアシルグリセロール含有量解析、レーザー顕微鏡や電子顕微鏡を用いたLBと他のオルガネラとの相互関係解析、LB自身の自己分解能などを調べて、ペルオキシソームにおける脂肪酸β－酸化系とグリオキシル酸回路に依らない、光照射によって駆動する貯蔵脂肪消失機構の存在を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、暗所生育3日目での野生株とグリオキシル酸回路機能欠損株（icl)とのLBの残量を統計解析した。その結果、野生株だけでなく、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)においても、光照射を開始するとLBが有意に減少していくことが明らかとなった。また、ショ糖の有無による違いについては、暗所生育時も、光照射後も、野生株ではショ糖無しの方が減少率は大きいが、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)では、暗所生育時も、光照射1日目でも差がないことがわかった。
また、本年度は、電子顕微鏡解析によって、LBの大きさの挙動も解析した。その結果、野生株でも、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)においても、基本的には、暗所生育時にはLBの大きさは大きいが、光を照射すると小さくなることがわかった。しかし、ショ糖ありのグリオキシル酸回路機能欠損株（icl)では、大きさは変化しない。また、暗所生育時には、野生株においては、ショ糖の有無による大きさの違いに有意差はないが、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)では、ショ糖の有無による大きさの差は有意であり、ショ糖なしのグリオキシル酸回路機能欠損株（icl)が、野生株と比べて特に大きいことが示された。光照射後では、野生株よりも、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)の方が、ショ糖のあるなしに関わらずLBは大きいことも分かった。
また、本研究とは少し異なるが、これまでの成果をもとに、シロイヌナズナのペキソファジーについて論文報告した（Autophagic Punctum, S. Goto-Yamada et al., 2023）。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ATG変異株については、種子の貯蔵脂肪が元々少ないなどの想定外の事実により解析は進んでいないが、野生株とグリオキシル酸回路機能欠損株（icl)との比較を詳細に進めることで、目的に対する研究は進んでいると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

これまでは、LBについてのみの挙動に注目した解析を行ってきたが、残り２年間では、LBとペルオキシソーム、LBと液胞、LBとライソソームなどのオルガネラ間の相互作用に着目した挙動解析を行う予定である。LBの膜が可視化できるOle-G株に頼らずに、後染めの染色液を用いることで、子葉細胞内のLBを染色する方法を確立したので、今後は、さまざまなオルガネラ可視化株を用いて、LBを共染色して、詳細に観察する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Jagiellonian University(ポーランド)
• [Int'l Joint Research] Jagiellonian University(ポーランド)
• [Journal Article] Pexophagy in plants: a mechanism to remit cells from oxidative damage caused under high-intensity light (2023)
  • Author(s): Goto-Yamada Shino、Oikawa Kazusato、Hayashi Yasuko、Mano Shoji、Yamada Kenji、Nishimura Mikio
  • Journal Title: Autophagy Volume: 19 Issue: 5 Pages: 1611-1613
  • DOI: 10.1080/15548627.2023.2175570
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ubiquitin-Conjugating Activity by PEX4 is Required for Efficient Protein Transport to Peroxisomes in Arabidopsis thaliana (2022)
  • Author(s): Mano Shoji、Hayashi Yasuko、Hikino Kazumi、Otomo Masayoshi、Kanai Masatake、Nishimura Mikio
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: - Issue: 6 Pages: 102038-102038
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102038
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pexophagy suppresses ROS-induced damage in leaf cells under high-intensity light (2022)
  • Author(s): Oikawa, K., Goto-Yamada, S., Hayashi, Y., Takahashi, D., Kimori, Y., Shibata, M., Yoshimoto, K., Takemiya, A., Kondo, M., Hikino, K., Kato, A., Shimoda, K., Ueda, H., Uemura, M., Numata, K., Ohsumi, Y., Hara-Nishimura, I., Mano, S., Yamada, K., and Nishimura, M.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 7 Issue: 1 Pages: 7493-7493
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35138-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] アーケプラスチダにおける PTS2 型タンパク質のプロセッシング機構の進化 (2023)
  • Author(s): 篠崎桂一、林八寿子
  • Organizer: 日本植物形態学会第３５回大会
• [Presentation] Molecular mechanism for peroxisomal protein transport via the ubiquitin system (2023)
  • Author(s): Shoji MANO, Shino GOTO-YAMADA, Yasuko HAYASHI, Kazumi HIKINO, Masatake KANAI, and Mikio NISHIMURA
  • Organizer: ICAR2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物ペクソファジーは、強光下でおこるROS生成による植物細胞の傷害を抑制する (2023)
  • Author(s): 及川和聡、後藤志野、林八寿子、柴田美智太郎、近藤真紀、真野昌二、上田晴子、西村いくこ、山田健志、西村幹夫
  • Organizer: 日本植物生理学会
• [Presentation] シロイヌナズナのペルオキシソームへの効率的なタンパク質輸送には、PEX4によるユビキチン結合活性が必要である (2022)
  • Author(s): 真野昌二、林八寿子、曳野和美、大友政義、金井雅武、西村幹夫
  • Organizer: 日本分子生物学会
• [Remarks] ペキソファジーは、植物の強光ストレスを軽減する
  • URL: https://www.niigata-u.ac.jp/news/2022/315019/