根毛細胞をモデルとした植物の核移動現象における局所的な液胞再編に関する研究
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22K06293
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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 44040:Morphology and anatomical structure-related
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
高塚 大知 金沢大学, 生命理工学系, 助教 (70633452)
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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: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | 液胞 / アクチン / 細胞骨格 / 根毛 / 核移動 / 細胞成長 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞内の適切な場所へ「核」が移動することは、細胞機能の獲得・遂行に必須である。その一方で、核の不必要な動きを抑制することも重要である。植物の場合、核があらぬ方向に動くのを防ぐ役割を持つ要素の一つに、巨大オルガネラ「液胞」がある。しかし、巨大な液胞は核移動が起こる細胞にも存在するため、逆に「核が移動する際には、液胞がその妨げになるのでは？」という疑問が生じる。本研究では、細胞が巨大液胞で占められているにも関わらず、ダイナミックな核移動が起こる根毛細胞をモデルとし、植物にとって普遍的な問題となりうる「物理的障壁としての液胞」の動態を制御する仕組みの解明に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、核移動における局所的な液胞再編の生理的意義を明らかにするため、液胞膜のダイナミクスが低下した変異体での核移動の様子を観察した。その結果、この変異体では核が細胞周縁部を這うように遠回りして根毛形成位置に核が移動する様子が観察された。定量的な解析の結果、この変異体では野生型に比べて、核の移動速度自体は有意な差はないものの、核の移動距離が長く、これが主要因となって根毛形成位置への到達に必要な時間が長くなることが明らかになった。つまり、局所的な液胞再編は「根毛形成位置に速やかに核が移動し、根毛成長を開始するのに必要である」ということが明らかになった。
また、蛍光タンパク質を用いて、アクチンと液胞の動態を高精度に捉えるイメージング系の確立も行った。その結果、核移動前から、根毛形成位置と核をつなぐ領域に微小な液胞間隙が形成されることを突き止めた。更に、この間隙が核移動開始の直前に巨大化し、明確な核移動経路が構築される様子も観察された。また、液胞膜に局在する蛍光タンパク質を用いた液胞観察では、液胞の中と外を区別することが難しいという欠点があることがわかったため、空間的分解能は劣るものの、液胞内部のみを可視化できるBCECF-AM染色による観察系も確立した。その結果、移動経路となる領域では蛍光が観察されず、間隙が形成されていることを確認できた。更に、アクチン繊維を可視化するレポーターを用いて、核移動過程におけるアクチン動態を解析した。核と根毛形成位置をつなぐ領域にアクチン繊維束が恒常的に形成されている様子が観察された。このアクチンは、核に根毛形成位置の位置情報を付与すると同時に、核移動の動力源となることが予想される。
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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
当初の計画通り、局所的な液胞再編が核移動に担う役割の解明を行うことができた。また、液胞とアクチンの動態を高精度に捉えるイメージング系の確立により、核移動過程における細胞内構造の変化を明確にすることができた。その結果、これまで「収縮」と見えていた液胞の変化が、「間隙形成」であるという発見に至った。これらの進捗から、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、当初の計画通り、「核・アクチン・液胞」の挙動を同時に観察できるレポーター株を作出し、細胞内全体のアクチン・液胞の分布の経時変化、および実際の核移動の軌跡を一つのムービーに収めたタイムラプス3Dマップを作成し、「液胞近傍のアクチン動態変化が液胞の収縮・再形成のトリガーである」と「核移動に先立って起こる液胞収縮によって形成された間隙を、核が通過する」という2つの仮説を証明する。
また、液胞近傍のアクチン動態を司る制御系を構成する因子の探索も進める。当初は、液胞近傍のアクチン動態に異常を示す変異体を単離する遺伝学的スクリーニングを行う計画であったが、先行研究に基づいた解析を進める中で、有力な候補となる変異体の発見に至った。そこで、計画を変更し、この変異体でのアクチン・液胞の挙動解析、およびその変異体の責任遺伝子がコードするタンパク質の細胞内での挙動を詳細に解析し、核移動における液胞構造再編を駆動するアクチン動態制御系の解明に取り組む。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
