2017 Fiscal Year Annual Research Report
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16J02796
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山田 萌恵 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 微小管 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子モーターであるキネシンと細胞質ダイニンによって駆動される微小管依存的な細胞内輸送は細胞の機能にとって重要な活動である。微小管にはマイナス端、プラス端と呼ばれる極性があり、動物細胞ではキネシンがプラス端、ダイニンがマイナス端方向への輸送を担う。陸上植物は進化の過程でダイニン遺伝子群を失ったとされており、植物細胞でいかにしてマイナス端方向への輸送が遂行されているのかは長らくの間謎であった。そこで、一歩だけマイナス端方向へ歩行する活性をもつキネシン－14に焦点をあて、ヒメツリガネゴケを用いて解析を行うことで、植物ではキネシン－14がダイニンの機能を代替しているという仮説を検証した。
昨年度までに二つのキネシン-14 (KCBPとKCH)について研究を行い、これら二つのキネシン－14の機能を明らかにした。具体的には、KCBPが核と葉緑体の輸送を担う分子モーターであることを同定した。核の輸送は細胞質ダイニンの代表的な機能の一つであり、この結果はキネシン－14がダイニン様の機能を担うモーターであるという仮説を支持している。これらの成果は論文としてまとめられ、受理された（Yamada et al., 2017 JCB.）。KCHは微小管とアクチンの両方に結合する活性を持つことが報告されているキネシン－14である。ヒメツリガネゴケで詳細な解析を行ったところ、細胞の先端に局在すること、核の輸送と細胞伸長に寄与していることが明らかとなった。細胞伸長には微小管とアクチンの両方が必要とされること、KCHが微小管とアクチンの両方に結合する活性を持つことから、KCHは核の輸送を担うとともに微小管とアクチンを架橋することで細胞伸長に寄与するキネシンであるというモデルを提唱した（現在論文投稿中）。
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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
一昨年度までの研究から、VI型キネシン-14 であるKCBP が試験管内と細胞内の両方でマイナス端方向へ長距離歩行することを見出した (Jonsson, Yamada et al., 2015. Nature Plants)。そこで、昨年度はさらに詳細な解析を進め、KCBPが核と葉緑体の輸送を担う分子モーターであることを同定した。核の輸送は細胞質ダイニンの代表的な機能の一つであり、この結果はキネシン－14がダイニン様の機能を担うモーターであるという仮説を支持している。これらの成果は論文としてまとめ、J Cell Biol誌に投稿し、受理された（Yamada et al., 2017 JCB.）。
キネシン－14の一つであるKCBPの機能は明らかとなったものの、キネシン－14サブファミリーの中にはまだ機能が明らかにされていない遺伝子が複数存在する。それらがマイナス端方向輸送を担っている可能性を検証するため、他のキネシン－14についても解析を行った。
KCHはアミノ末端側にCHドメインを持つことで特徴付けられるII型キネシン－14である。シロイヌナズナやタバコ培養細胞、イネ等を用いた研究から、KCHは微小管とアクチンの両方に結合する活性を持つことが報告されている。しかしながら、高い遺伝子重複が問題となりその機能は未だ解明に至っていない。比較的遺伝子重複の少ないヒメツリガネゴケでKCHの局在解析、表現型解析を行ったところ、細胞先端の微小管に局在すること、核の輸送と細胞伸長に寄与することが明らかとなった。今までの報告から、細胞伸長には微小管とアクチンの両方が必要とされること、KCHが微小管とアクチンの両方に結合する活性を持つことから、KCHは核の輸送を担うとともに微小管とアクチンを架橋することで細胞伸長に寄与するキネシンであるというモデルを提唱した（現在論文投稿中）。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに得られた実験結果から、植物の先端成長にはアクチンと微小管が協調的に寄与することが明らかとなった。そして、微小管とアクチンを架橋する因子の存在が示唆された。しかしながら、因子そのものの同定には未だ至っておらず、先端成長の詳細なメカニズムについても不明な点が多いそこで、アクチンを介した植物の先端成長を研究しているグループ (Magdalena Bezanilla研究室・ダートマス大学)と共同研究を行うことで、このメカニズムに迫りたい。
具体的には、先端成長に必要とされているアクチン関連タンパク質の微小管結合性を検証する。生化学的な手法を用いてリコンビナントタンパク質を精製し、試験管内微小管結合実験を行う。この検証により、植物先端成長メカニズムの一端が明らかになることが期待される。
また昨年度遂行予定だったYeast-two-hybrid screeningは良質なライブラリが手に入らなかったため、昨年度実施することが困難であった。今年度は独自にライブラリ作製を進め、スクリーニングを行う予定である。
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