シロイヌナズナの機械刺激受容体の構造と機能

• Project Area: Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
• Project/Area Number: 23120509
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo Gakugei University
• Principal Investigator: 飯田 秀利 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (70124435)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000); Fiscal Year 2012: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2011: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
• Keywords: シロイヌナズナ / 酵母 / 機械刺激 / 機械受容チャネル / カルシウムチャネル / カルシウムシグナル / 活性酸素種 / ROS / 構造機能相関 / 膜貫通領域 / 膜トポロジー / パッチクランプ / 植物

Outline of Annual Research Achievements

植物の機械刺激の受容体の解明は未だ不十分であるが、さまざまな実験から、その中核をなす分子はCa2+透過性機械受容チャネルであると考えられている。本研究は、その活性をもつMCA1とMCA2の研究、および植物のモデル生物である酵母の機械受容チャネルの研究をとおして、その受容体の構造と機能明らかにすることを目的としている。
平成24年度は次の研究実績を挙げた。
1. 「分裂酵母の機械受容チャネルの低浸透圧の感受と応答における役割」：植物や酵母には、原核生物の機械受容チャネルの一種であるMscSの類似タンパク質（MscS-like protein; MSL）がある。我々は、分裂酵母に２つのMSLが存在することを見つけ、それぞれMsy1およびMsy2と名付けた。蛍光顕微鏡法により、Msy1は核周辺の小胞体に局在すること、Msy2は細胞膜近傍の小胞体に局在し、低浸透圧の感知と応答にしていることを明らかにした。
２．「タバコとイネにおけるMCAホモログのはたらき」：タバコ（Nicotiana tabacum）のMCAホモログ（NtMCA1とNtMCA2）およびイネのMCAホモログ（OsMCA1）のはたらきについて、東京理科大学の朽津和幸教授と共同研究を行った。その結果、NtMCA1とNtMCA2は低浸透圧刺激後の細胞内Ca2+の上昇に関わること、NtMCA1とNtMCA2の高発現は低Ca2+濃度培地下でのBY-2細胞の増殖制限を緩和すること、NtMCA1の高発現により接触刺激応答遺伝子NtERF4を強発現させること、などを明らかにした。
イネ（Oryza sativa）のOsMCA1高発現株では、低浸透圧刺激後の細胞内Ca2+の上昇が野生株に比べ大きく、活性酸素種（ROS）の生産が上昇すること、RNAiによるOsMCA1ノックダウン株は成長が遅く、短い穂軸をもつこと、などを明らかにした。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Organellar mechanosensitive channels in fission yeast regulate the hypo-osmotic shock response (2012)
  • Author(s): Nakayama, Y., Yoshimura, K., and Iida H.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1020-1020
  • DOI: 10.1038/ncomms2014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression of Arabidopsis MCA1 enhanced mechanosensitive channel activity in the Xenopus laevis oocyte plasma membrane (2012)
  • Author(s): Takuya Furuichi, Hidetoshi Iida, Masahiro Sokabe and Hitoshi Tatsumi
  • Journal Title: Plant Signaling and Behavior 7 Volume: 7 Issue: 8 Pages: 1022-1026
  • DOI: 10.4161/psb.20783
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A gain-of-function mutation in gating of Corynebacterium glutamicum NCCｇl1221 causes constitutive glutamate secretion. (2012)
  • Author(s): Nakayama, Y*., Yoshimura, K., and Iida H*. （*Co-corresponding author）
  • Journal Title: Appl. Environ. Microb. Volume: 78 Issue: 15 Pages: 5432-5434
  • DOI: 10.1128/aem.01310-12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Roles of a putative mechanosensitive plasma membrane Ca 2+ -permeable channel OsMCA1 in generation of reactive oxygen species and hypo-osmotic signaling in rice (2012)
  • Author(s): Kurusu T, Iida H, Kuchitsu K
  • Journal Title: Plant Signal. Behav Volume: 7 Issue: 7 Pages: 796-798
  • DOI: 10.4161/psb.20521
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] KlMID1, a relevant key player between ER homeostasis and mitochondrial dysfunction in Kluyveromyces lactis. (2012)
  • Author(s): Zanni, E., Franco, M., Nakano, M., Iida, H., Palleschi, C., and Uccelletti, D.
  • Journal Title: Microbiology Volume: 158 Issue: 7 Pages: 1694-1701
  • DOI: 10.1099/mic.0.056283-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Plasma membrane protein OsMCA1 is involved in regulation of hypo-osmotic shock-induced Ca^<2+> influx and modulates generation of reactive oxygen species in cultured rice cells (2012)
  • Author(s): 来須孝光、西川大輔、山崎友香里、後藤真理子、中野正貴、濱田晴康、山中拓哉、飯田和子、中川祐子、佐治光、篠崎一雄、飯田秀利、朽津和幸
  • Journal Title: BMC Plant Biology Volume: 12巻 Issue: 1 Pages: 11-11
  • DOI: 10.1186/1471-2229-12-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of the putative Ca^<2+>- permeable mechanosensitive channels, NtMCA1 and NtMCA2, in Ca2+ uptake, Ca2^<+>-dependent cell proliferation and mechanical stress-induced gene expression in tobacco (Nicotiana tabacum) BY-2 cells (2011)
  • Author(s): Kurusu T, Yamanaka T, Nakano M, Takiguchi A, Ogasawara Y, Hayashi T, Iida K, Hanamata S, Shinozaki K, Iida H, Kuchitsu K
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 13(印刷中) Issue: 4 Pages: 555-568
  • DOI: 10.1007/s10265-011-0462-6
  • NAID: 10030803989
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanoreception in motile flagella of Chlamydomonas (2011)
  • Author(s): Fujiu, K., Nakayama, Y., Iida, H., Sokabe, M., Yoshimura, K.
  • Journal Title: Nat.Cell Biol. Volume: 13 Pages: 630-633
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of structural regions important for Ca^<2+> uptake activity in Arabidopsis MCA1 and MCA2 expressed in yeast (2011)
  • Author(s): Nakano, M., Iida, K., Nyunoya, H., Iida, H.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 52 Pages: 1915-1930
  • NAID: 10030305302
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Corynebacterium glutamicumのグルタミン酸透過性機械受容チャネルNCgl1221のgain-of-function変異 (2013)
  • Author(s): 中山 義敬、飯田 秀利
  • Organizer: 日本農芸化学会2013年度大会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台市)
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] シロイヌナズナの機械受容チャネルMCA1 およびMCA2 の欠損株の新たな表現型 (2013)
  • Author(s): 中野正貴，望月華菜子，飯田秀利
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] Organellar mechanosensitive channels regulate the hypo-osmotic response in fission yeast (2013)
  • Author(s): Nakayama, Y., Yoshimura, K., Iida, H.
  • Organizer: Biophysical Society 57th Annual Meeting
  • Place of Presentation: ペンシルヴァニア・コンヴェンション・センター（フィラデルフィア）
  • Year and Date: 2013-02-05
• [Presentation] カルシウム透過性機械受容チャネルの低温感受における役割 (2012)
  • Author(s): 飯田秀利、森研堂、内藤真穂、中野正貴
  • Organizer: 兵庫県立大学（姫路市）
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学（姫路市）
  • Year and Date: 2012-09-17
  • Invited
• [Presentation] Mechanosensitive Casup2+/sup channel candidates MCA1 and MCA2 in Arabidopsis (2012)
  • Author(s): Iida, H., Nakano, M., Iida, K.
  • Organizer: 7th Plant Biomechanics International Conference
  • Place of Presentation: パストラル教区センター（クレルモンフェラン・フランス）
  • Year and Date: 2012-08-21
  • Invited
• [Presentation] New candidates for the mechanosensitive channel that may be involved in gravity sensing (2012)
  • Author(s): Iida, H., Furuichi, T., Nakano, M., Toyota, M., Sokabe, M., Tatsumi, H.
  • Organizer: ISLSWG Workshop "Plant Biology in Space"
  • Place of Presentation: アルベルト・ルートヴィヒ大学フライブルク（フライブルク・ドイツ）
  • Year and Date: 2012-08-02
  • Invited
• [Presentation] echanosensitive channels are activated via actin stress fibers, which may be involved in gravity sensing in plants (2012)
  • Author(s): Tatsumi, H., Furuichi, T., Nakano, M., Toyota, M., Hayakawa, K., Sokabe, M., Iida, H.
  • Organizer: ISLSWG Workshop "Plant Biology in Space"
  • Place of Presentation: アルベルト・ルートヴィヒ大学フライブルク（フライブルク・ドイツ）
  • Year and Date: 2012-08-02
  • Invited
• [Presentation] Plant perception and response to the signal in gravity resistance (2012)
  • Author(s): Hoson, T., Otomi, Y., Zhang, Y., Soga, K., Wakabayashi, K., Hashimoto, T., Iida, H., Kamisaka, S.
  • Organizer: 39th COSPAR Scientific Assembly 2012
  • Place of Presentation: ナラヤナ・ムルティ・センター・オブ・エクセレント（マイソール・インド）
  • Year and Date: 2012-07-19
• [Presentation] Mechanosensitive channels essential for the hypo-osmotic shock response in fission yeast (2012)
  • Author(s): 中山義敬、飯田秀利
  • Organizer: 日本農芸化学会大会2012
  • Place of Presentation: 京都女子大学(京都市)
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] 酵母細胞を利用したシロイヌナズナのMCA1とMCA2の低浸透圧応答性の研究 (2012)
  • Author(s): 中野正貴、飯田和子、丹生谷博、飯田秀利
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学(京都市)
  • Year and Date: 2012-03-18
• [Presentation] 出芽酵母と植物に固有のCa^<2+>チャネル-その構造と役割 (2012)
  • Author(s): 飯田秀利
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都産業大学(京都市)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 分裂酵母の低浸透圧ショックに対する生存に必要な機械受容チャネル (2011)
  • Author(s): 中山義敬、吉村建二郎、飯田秀利
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] シロイヌナズナのCa^<2+>透過性機械受容チャネル候補MCA1とMCA2のCa^<2+>取込み活性に重要な領域の特定 (2011)
  • Author(s): 中野正貴、飯田和子、丹生谷博、飯田秀利
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] シロイヌナズナのCa^<2+>透過性機械受容チャネル候補MCA1およびMCA2の膜トポロジーの決定 (2011)
  • Author(s): 鎌野俊平, 飯田和子、雷凱健、飯田秀利
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市)
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] 植物の機械刺激受容とCa^<2+>シグナリング (2011)
  • Author(s): 飯田秀利
  • Organizer: 日本植物学会第75回大会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス(東京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Remarks] 飯田秀利研究室ホームページ
  • URL: http://www.u-gakugei.ac.jp/~iida/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.u-gakugei.ac.jp/~iida/