2018 Fiscal Year Research-status Report
藻類の重炭酸イオン輸送におけるCa2+とCO2のクロストーク制御
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16K07399
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山野 隆志 京都大学, 生命科学研究科, 助教 (70570167)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 重炭酸イオン輸送体 / CO2シグナル伝達 / Ca2+シグナル伝達 / クラミドモナス / 無機炭素濃縮機構 / クラミドモナス / ピレノイド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、緑藻クラミドモナスの無機炭素濃縮機構（CCM）をモデルとして、細胞膜に局在するABC輸送体HLA3と葉緑体包膜に局在するLCIAによる協調的な重炭酸イオン輸送が、カルシウムイオン(Ca2+)結合タンパク質CASと無機炭素濃縮機構のマスター制御因子CCM1のクロストークによってどのように制御されるのかを明らかにすることを目的とする。また、CASは環境中のCO2濃度に応答して葉緑体内でダイナミックに局在を変化させることから、CO2や光に応答したタンパク質局在変化がどのように制御されているのかについても明らかにする。これまでに、CASの超高解像度な局在解析や、CASによって制御される遺伝子群を論文で報告している。
今年度は、以下のことを明らかにした。（1）Ca2+特異的阻害剤BAPTAによって発現が変動する遺伝子群の中から、細胞内にCa2+を流入させるチャネルタンパク質の候補を見出した。（2）DNAタグのランダム挿入による変異株スクリーニングを行い、CO2欠乏条件におけるHLA3の蓄積が損なわれた新規CCM変異株候補を複数単離し、変異株で破壊された遺伝子配列を同定した。（3）インテリジェント画像活性型細胞選抜法によって、高速かつリアルタイムなLCIBの局在異常変異株のスクリーニングが可能であることを実証し、論文として報告した。（4）ガスクロマトグラフィを用いて培地中の無機炭素濃度を測定しながらLCIBの局在変化を観察することで、LCIBの局在変化は培地中のCO2濃度に依存することを明らかにし、その局在が異常になった変異株の原因遺伝子を同定した。
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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
緑藻クラミドモナスのCCMのマスター制御因子CCM1やCASの下流因子あるいは葉緑体から核へのレトログレードシグナルに関わる因子を同定できる可能性のある、複数のCCM調節変異株を単離し、DNAタグによって破壊された遺伝子配列を同定した。また、昨年度から始めたLCIBの局在異常変異株の解析をさらに推し進め、複数の変異株とその原因遺伝子を同定した。特に、高速蛍光顕微鏡、リアルタイム情報処理、1細胞分取が統合されたインテリジェント画像活性型細胞選抜法を用いることによって、LCIBの細胞内空間情報に基づいた高速かつリアルタイムな1細胞分取ができることを実証したことは特筆すべきことである。LCIBはCASと同様に葉緑体内でダイナミックに局在を変化させるCCM因子であり、CO2欠乏に応答したタンパク質局在変化の調節機構について明らかにできる素地が整った。以上の理由から、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）CASはCa2+結合領域の他に疎水性領域とRhodanese-likeドメインを持つがその機能は明らかでない。また植物進化の上で保存されているC末端のリン酸化部位についても機能が明らかでない。これらのドメインとリン酸化の生理学的な意義を検証する。（2）LCIBの局在異常変異株についてその原因遺伝子の機能解析を進める。（3）CASから核へと発信されるレトログレードシグナルの実体を明らかにする。（4）細胞内へのCa2+流入に関わるカルシウムチャネルを同定し、CCM制御との関連を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
2018年度の後半にカルシウム結合タンパク質CASと重炭酸イオン輸送体遺伝子の発現誘導をつなぐレトログレードシグナル分子を同定する計画であったが、CASの局在解析（Protoplasma誌に掲載）に予想以上の時間を要し、計画の遅延が生じた。そこで研究期間を延長して、レトログレードシグナル分子同定のための変異株スクリーニングを行うことにしたため。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Algal Protein Kinase, Triacylglycerol Accumulation Regulator 1, Modulates Cell Viability and Gametogenesis in Carbon/Nitrogen-Imbalanced Conditions2019
Author(s)
Shinkawa H, Kajikawa M, Nomura Y, Ogura M, Sawaragi Y, Yamano T, Nakagami H, Sugiyama N, Ishihama Y, Kanesaki Y, Yoshikawa H, Fukuzawa H
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Journal Title
Plant and Cell Physiology
Volume: 60
Pages: 916～930
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Isolation and characterization of novel high-CO2-requiring mutants of Chlamydomonas reinhardtii2018
Author(s)
Daisuke Shimamura, Yuki Niikawa, Donghui Hu, Asuka Miyamoto, Tomoya Honjo, Noriko Kozai, Chihana Toyokawa, Takashi Yamano, Hideya Fukuzawa
Organizer
The 17th International Joint Mini-Symposium on Molecular and Cell Biology among Kyoto University, National Taiwan University, the University of Tsukuba
Int'l Joint Research
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