RNA顆粒Pボディーを介した環境応答

• Project Area: Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
• Project/Area Number: 25120707
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 渡邊 雄一郎 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (60183125)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000); Fiscal Year 2014: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2013: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: 環境応答 / 高温ストレス / RNA分解 / プロセッシングボディー / ストレス顆粒 / 翻訳抑制 / 脱キャップ酵素 / シロイヌナズナ / 遺伝子発現制御 / RNA顆粒 / 高温処理 / miRNA

Outline of Annual Research Achievements

翻訳レベルでの遺伝子発現制御に関連した、Ｐ-ボディー(PB; DCP1またはDCP2をマーカー)およびストレス顆粒(SG；eIF1A2をマーカー)とよばれる直径約1-2 μmの構造体が細胞質内に存在する。dcp1変異をPDCP1::DCP1:GFP遺伝子で、dcp2変異をPDCP2::DCP2:GFP遺伝子で相補した形質転換体シロイヌナズナ（DCP1-GFP相補体、DCP2-GFP相補体）を用いてＰ-ボディー、eIF4A2-GFPを導入しストレス顆粒を可視化したそれぞれのシロイヌナズナを用いてSGの解析を行った。PB,SGが種々の環境適応･応答過程に関与しRNA分解や翻訳抑制を介した遺伝子発現機能を明らかにすることを目標とした。
PBを可視化したシロイヌナズナを用いて解析：発芽14日後のDCP1マーカー可視化植物体に高温処理を与えたところ、PBの数、大きさが有意に増加した。DCP2マーカーでもPBが凝集することが確認されるが、平温時では顆粒は認められない。DCP1とDCP2双方でストレスによって挙動が異なることが初めて明らかとなった。40℃高温90分（高温処理）で増加した顆粒の数が一定レベルに達したあと、再度22℃平温に戻すと（高温解除）顆粒数、局在は最初の状態に戻った。高温処理、高温解除の前後でRNA-seq解析を行った。熱ショックタンパク質mRNAなどは高温時に蓄積があがり、解除時に減少した。逆の共同をする遺伝子として細胞壁や細胞膜関連遺伝子群が確認された。相反する挙動をするmRNA種とDCP1/DCP2ボディーの機能関連がいくつか示唆され、カウンターストレス装置としての機能が強く示された。
SG可視化植物をもちいて、非常に厳密に特定の気温(プレート上では34℃)でSGを形成することが明らかとなった。低温や単なる温度差に対しては形成しない。SG植物にEMS処理を施したあとのM2子孫から、高温にさらしてもストレス顆粒形成が起こらない突然変異体が複数単離された。いくつかの変異体では高温耐性が増すことが示された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Diffuse Decapping Enzyme DCP2 Accumulates in DCP1 Foci Under Heat Stress in Arabidopsis thaliana (2015)
  • Author(s): Motomura K, Le TN. Q, Hamada T, Kutsuna N, Mano S, Nishimura M and Watanabe Y.
  • Journal Title: Plant Cell Physiology Volume: 56 Issue: 1 Pages: 107-115
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu151
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Localization of tobacco germin-like protein 1 in leaf intercellular space (2014)
  • Author(s): Kishi-Kaboshi M., Muto H., Takeda A., Murata T., Hasebe M. and Watanabe Y.
  • Journal Title: Plant Physiology and Biochemistry Volume: 85 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.plaphy.2014.10.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recovery of dicer-like 1-late flowering phenotype by miR172 expressed by the non-canonical DCL4-dependent biogenesis pathway (2014)
  • Author(s): Tsuzuki M., Takeda A. and Watanabe Y.
  • Journal Title: RNA Volume: 20 Issue: 8 Pages: 1320-1327
  • DOI: 10.1261/rna.044966.114
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Arabidopsis AtRRP44A is the functional homolog of Rrp44/Dis3, an exosome component, is essential for viability and is required for RNA processing and degradation (2013)
  • Author(s): Naoyoshi Kumakura, Hiroka Otsuki, Masayuki Tsuzuki, Atsushi Takeda and Yuichiro Watanabe
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 8 Issue: 11 Pages: e79219-e79219
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0079219
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dual regulation of AUXIN-RESPONSE-FACTOR3 gene expression by AS1-AS2, which maintains the status of DNA methylation, is involved in stabilization of leaf adaxial-abaxial partitioning in Arabidopsis. (2013)
  • Author(s): Iwasaki, M., et al.
  • Journal Title: Development Volume: 140 Issue: 9 Pages: 1958-1969
  • DOI: 10.1242/dev.085365
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Knock-down of Exosome components caused slowing of clocks in Arabidopsis (2015)
  • Author(s): Yuichiro Watanabe
  • Organizer: International Symposium on Molecular Clock
  • Place of Presentation: Kyoto Univ. Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-03-27
  • Invited
• [Presentation] 種子内におけるmiRNAの機能解析 (2015)
  • Author(s): 吉田誠也、濱田隆宏、渡邊雄一郎
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学、東京
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Presentation] Procesing body response under biotic stress conditions in plants (2015)
  • Author(s): Risa Shigemasa, Kazuki Motomura, Shigeyuki Betsuyaku, Takahiro Hamada, Yuichiro Watanabe
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学、東京
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Presentation] From Arabidopsis thaliana to Marchantia polymorpha (2014)
  • Author(s): Yuichiro Watanabe
  • Organizer: Marchantia Workshop 2014
  • Place of Presentation: Kobe Univ. Kobe, Japan
  • Year and Date: 2014-12-08 – 2014-12-10
  • Invited
• [Presentation] Knock-down of Exosome components caused slowing of clocks in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): Yuichiro Watanabe
  • Organizer: Regulatory RNAs / Cell Symposium
  • Place of Presentation: Berkeley, CA, USA
  • Year and Date: 2014-10-20 – 2014-10-22
• [Presentation] Analyses of Arabidopsis RRP44A. a catalytic center of RNA exosome (2014)
  • Author(s): Kumakura, N., Otsuki, H.,Sato, M., Nomoto, M., Tada, Y., Takeda, A. and Watanabe, Y.
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山県 富山市
• [Presentation] 高温ストレス応答におけるRNA分解タンパク質DCP凝集機構とその役割 (2014)
  • Author(s): 元村一基、Nhat Quy Le Thi、濱田隆宏、渡邊雄一郎
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山県 富山市
• [Presentation] 植物microRNAによる遺伝子発現制御の特異性に関する研究 (2014)
  • Author(s): 唐戸俊介、都筑正行、竹田篤史、渡邊雄一郎
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山県 富山市
• [Presentation] mRNA stability regulator and RNA virus genome (2013)
  • Author(s): Watanabe, Y.
  • Organizer: 10th International Congress of Plant Pathology
  • Place of Presentation: 中国 北京市
  • Invited
• [Presentation] 植物個体におけるデキャッピングタンパク質の挙動解析 (2013)
  • Author(s): 元村一基、Nhat Quy Le Thi、渡邊雄一郎
  • Organizer: 15th RNA Meeting
  • Place of Presentation: 愛媛県 松山市
• [Book] 現代生命科学 (2015)
  • Author(s): 東京大学生命科学教科書編集委員会(分担執筆）
  • Total Pages: 190
  • Publisher: 羊土社
• [Remarks] 表現型と遺伝子型の接点を探るRNA研究
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/RNAwatanabe/study.html
• [Remarks] Health and Security
  • URL: http://gpes.c.u-tokyo.ac.jp/faculty-staff/health-and-security/yuichiro-watanabe.html
• [Remarks] ラボから研究内容の発信：
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/RNAwatanabe/
• [Remarks] Plant molecular biology
  • URL: http://gpes.c.u-tokyo.ac.jp/faculty-staff/health-and-security/yuichiro-watanabe.html