2015 Fiscal Year Annual Research Report
カルシウムを介する新しいジベレリン信号伝達経路の解析
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15H04392
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
高橋 陽介 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90183855)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 植物 / シグナル伝達 / 発現制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ジベレリン（GA）は植物の成長に顕著な促進作用を示す植物ホルモンである。GA受容体GID1がGAと結合すると、GA信号伝達の抑制因子DELLAタンパク質とE3の結合が促進され、DELLA質がユビキチン－26Sプロテアソーム系により分解される。その結果、DELLAにより抑制されていた転写因子PIF1が転写を促進し、GA信号が伝達されると考えられる。
しかし、上記モデルでは説明できない現象も知られている。例えば生理学的な実験によりGA依存的に細胞内Ca2+濃度が上昇することが明らかにされているが、GA信号伝達のスイッチとされるDELLAの分解との関連は不明である。本研究ではCa2+依存的なGA信号伝達系を解析し、既知のGA信号伝達経路との統合的理解を目的とした。
これまでGAによるCa2+の一過的上昇はCa2+指示薬を用いて観察され、GA投与後5時間後とされてきた。GA信号伝達のスイッチとされるDELLAの分解はGA投与約30分後に観察されるので、Ca2+濃度上昇がGA信号伝達そのものに関与しているのか、単なる二次的な応答なのかは判別できなかった。Ca2+指示薬は有効な検出系だが、動物細胞に最適化されている。そこでCa2+センサータンパク質を発現する形質転換シロイヌナズナを用いて細胞内Ca2+濃度を測定した。するとGA投与後数分でCa2+濃度の上昇が観察された。この結果はGAによるCa2+濃度上昇はGA投与後に速やかにおこり、GA信号伝達に関与することを示唆する。
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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
GAの信号伝達はDELLAの分解によって開始すると考えられている。GA依存的なDELLAの分解はGA投与約30分後なので、GAによる早いCa2+濃度の上昇はDELLAの分解を介さない未知の経路の存在を示唆している。
キナーゼの活性化では触媒領域内アクティベーションループの自己リン酸化が引き金となることが多い。カルシウム依存性タンパク質リン酸化酵素NtCDPK1は転写因子RSGをリン酸化することで、RSGの機能を制御している。in vitroの解析からNtCDPK1がカルシウムにより自己リン酸化されることが明らかになった。CDPKは分子内にカルシウム結合部位をもつセンサー型キナーゼである。したがってNtCDPK1の自己リン酸化はカルシウムを介する信号伝達の初発反応と考えられる。ところがCDPKのアクティベーションループ内の該当アミノ酸は進化の過程でGluまたはAspに置換されていることからCDPKのアクティベーションループは既に活性化状態にあり、自己リン酸化部位は別に存在すると考えられた。質量分析による解析の結果、NtCDPK1の自己リン酸化部位はN末の可変領域内に存在することが明らかになった。興味深い知見が得られているので、全体としての達成度はほぼ順調と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の研究によりGAによる早いCa2+濃度の上昇はDELLAの分解を介さない可能性が示唆された。この可能性を厳密に検証するには変異体を用いた解析が必要である。今まで観察されていなかったGAによる早いCa2+濃度の上昇がDELLA依存的かを明らかにするため、シロイヌナズナのDELLA遺伝子を全て欠損したdella五重変異体にCa2+センサータンパク質を発現させ解析する。
NtCDPK1の自己リン酸化はCa2+による信号伝達の初発反応と考えられる。前年度の質量分析による解析の結果、NtCDPK1の自己リン酸化部位はN末の可変領域内に存在することが明らかになった。NtCDPK1のN末可変領域は基質認識に関与することが明らかになっている。NtCDPK1の自己リン酸化部位をAlaへ置換した変異型NtCDPK1を作製し、NtCDPK1の自己リン酸化が酵素活性や基質RSGの認識に与える影響を調べる。NtCDPK1の自己リン酸化部位をAlaへ置換した変異型NtCDPK1を発現する形質転換体を作製し、植物体におけるNtCDPK1の自己リン酸化の生理的意義を探る。
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