1994 Fiscal Year Annual Research Report
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05660078
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| Research Institution | NAGOYA UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
前島 正義 名古屋大学, 農学部, 助教授 (80181577)
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| Keywords | 液胞膜 / プロトンポンプ / ピロホスファターゼ / 水チャンネル / 膜酵素 |
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| Research Abstract |
本研究は、植物細胞の中でも活発で多様な物質輸送がみられる液胞膜に着目し、その機能を支える輸送装置の分子構築とそれらの生理的な変化を解析することを目的とした。液胞は物質の集積のほか、無機イオン、代謝中間物の濃度調節、生体高分子の分解とリサイクル、細胞空間と充填するなど、多様な機能を担っている。これらの機能を支えているのは、液胞内を酸性に維持するプロトンポンプ、各物質に特異的なトランスポータおよびチャネルである。プロトンポンプは液胞膜に△_PH、膜電位を形成して他の二次能動輸送系に駆動力を与える役割も果たしており、液胞膜物質輸送系の最も重要な要素といえる。そこで、液胞膜の2種類のプロトンポンプ、H^+ATPaseとH^+ピロホスファターゼ(H^+PPase)を主な研究対象とした。H^+ATPaseは複数のサブユニットで構成される複合酵素であり、H^+PPaseは基質と酵素分子ともに単純であり、単一タンパク質で構成される。また、水チャンネルと考えられる疎水性タンパク質(VM23)についても検討対象とした。
この研究により次の成果が得られた。(1)H^+PPaseは種子植物以外にも、シダ、コケなどに分布し緑色植物に普遍的な酵素であることが明らかになった。一方、水チャンネルVM23は、全ての植物に分布するわけではなく、シャジクモ、カサノリなどには存在しないことが明らかになった。(2)オオムギH^+PPaseの_CDNAをクローニングすることにより一次構造を解析し、単一タンパク質に基質分解の解媒部 とH^+チャンネル形成部位の両方が存在することが解明できた。(3)種子が発芽する段階で、貯蔵器官のタンパク質顆粒は液胞化するが、この時、H^+ATPaseとH^+PPaseの両方が新たに合成され膜に局在化することが明らかになり、タンパク質顆粒-液胞の相互変換に明確な結論を与えた。このほか、細胞の成長、成熟にともなう2種プロトンポンプの量的変動についても解析し、両者が異なった変化を示すことが明らかになった。
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[Publications] Y.Tanaka: "Molecular cloning of _CDNA for vacuolar membrane proton-translocating inorganic pyrophosphatase in Hordeum vulgare." Biochemical and Biophysical Research Communications. 190. 1110-1114 (1993)
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[Publications] M.Kasai: "Effect of in vivo treatment with abscisic acid and/or cytokinin on activities of vacuolar H^+pumps of tonoplast-enriched membrane vesicles prepared from barley roots." Plant&Cell Physiology. 34. 1107-1115 (1993)
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[Publications] M.Odaira: "Characterization of proteins of nuclear envelopes from mung beanhypocotyls." Plant&Cell Physiology. 35. 283-290 (1994)
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[Publications] M.Maeshima: "Distribution of vacuolar H^+-pyrophosphatase and the membrane interal protein in a variety of green plants." Plant&Cell Physiology. 35. 323-328 (1994)
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[Publications] M.Maeshima: "Accumulation of vacuolar H^+-pyrophosphatase and H^+-ATPase during reformation of the central vacuole in germinating pumpkin seeds." Plant Physiology. 106. 61-69 (1994)
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[Publications] A.Becker: "Purification and immunological comparison of the tonoplast H^+-pyrophosphatase from cells of Catharanthus roseus and leaves from Mesembryanthemum crystallinum daigremontiana." Journal of Plant Physiology. (印刷中). (1995)
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[Publications] 前島正義: "種子発芽期における細胞オルガネラの構築と変換" 植物細胞工学. 5. 158-164 (1993)
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[Publications] 前島正義: "植物液胞膜プロトンポンプの分子構造と細胞機能" 日本農芸化学会誌. 68. 7-14 (1994)
