2017 Fiscal Year Research-status Report
新しい実験系による植物の平面内細胞極性研究の新展開
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16K14747
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
藤田 知道 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50322631)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ヒメツリガネゴケ / 平面内細胞極性 / 原糸体 / 膜タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多細胞生物は組織毎に固有の細胞パターンを有している。例えばハエの翅の感覚剛毛や哺乳類内耳の有毛細胞等は毛の配向性が揃う など、個々の細胞の非対称な形(細胞極性)が、その細胞が存在する組織平面内の特定の軸に揃っており、これは平面内細胞極性(pla nar cell polarity, PCP)と呼ばれている。PCPの制御は組織の構築や維持、原腸陥入時の協調した細胞運動などさまざまな高次機能の基盤であり、その破綻は生命活動を直接脅かす。PCPの制御機構を理解することは、多細胞生物の高次発生原理の根本を解明することになり、まだ未解決の重要な課題である(McNeill, 2010, Cold Spring Harb. Perspect. Biol.)。 動物に比べ植物では平面内細胞極性を制御する分子基盤の解明はあまり進んでおらずよくわかっていない。我々はこれまでの研究から、ヒメツリガネゴケの原糸体の分枝形成が平面内細胞極性の分子機構の研究に優れていることに気づき、また植物特異的な1回膜貫通型の新奇タンパク質がこの制御に関わっていることに気がついた。そこで本研究はとりわけこの膜タンパク質の機能解析を進め、その後相互作用因子を明らかにし、これらの分子がPCPをどのように制御するのかを明らかにする。この研究を通じて植物PCP制御の分子 基盤の全貌解明とその進化的理解を目指し、PCP研究に新たな突破口を切り開く。 当該年度は、前年度に引き続きPCPそのものやこの膜タンパク質(n1p)がどのようなシグナル系(オーキシン、低分子量Gタンパク、細胞骨格系など)と関係しており、またこの膜タンパク質がどのようにPCPを制御するのかに関する研究を遺伝学的手法やイメージングなどにより実施した。
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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
(1)n1p膜タンパク質の機能欠損株、誘導的過剰発現株における機能解析について解析を進めた。n1pとそのパラログの2重遺伝子破壊株を確立し、この破壊株についてPCP制御との関連を調査したところ、オーキシン依存的にPCP制御に関わる可能性を見出した。またC末端を欠損させたn1p変異体の誘導的過剰発現株は、分枝形成などPCPの制御に重要であるとともに、葉緑体の数を保つためにも重要であることを見出した。(2)n1pの2重遺伝子破壊株で見出したオーキシンの関与に加えて、ストリゴラクトンがPCPによる分枝形成に関与している可能性を新たに見出せた。ストリゴラクトンや前年度見出したアブシジン酸がどのようにPCPに関わるのか、さらに詳細な解析が必要である。 (3)n1p過剰発現株では、微小管が短くなる傾向にあることを前年度見出せたが、この観察の再現性の度合いが良くない。またN末の糖鎖修飾を生化学的方法により確認したが検出できなかった。(4)n1p膜タンパク質を過剰発現せた実験により、このタンパク質は塩ストレス耐性にも関わることを新しく見出した。細胞極性と塩ストレス耐性に同時に関わる受容体キナーゼやペプチド性リガンドの存在がシロイヌナズナで報告されており、ペプチド性リガンドのヒメツリガネゴケオルソログを同定し、それらの遺伝子破壊株を作成したところ、一部で極性制御に関わりそうな表現型を見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)n1pタンパク質のPCP制御に関わる機能ドメインの特定: このタンパク質は大きく細胞内ドメイン、膜貫通ドメイン、糖鎖修飾 ドメイン、細胞外ドメインに分けることができる。現在作成中の膜貫通ドメイン、糖鎖修飾ドメインの欠失変異株を早期に完成させ、PCP制御に関わる機能ドメインの詳細な解析を終了する。 (2)アブシジン酸、ストリゴラクトン、オーキシンとPCPの関わりをさらに調査する。 (3)ヒメツリガネゴケの低分子量Gタンパク質シグナル系の正の制御因子であるRopGEF、受容体型キナーゼやペプチドリガンドの遺伝子破壊株、多重遺伝子破壊株の作成を完了し、分枝形成位置、塩ストレス耐性等を調査 し、PCPやストレス応答に関わる表現型を調査する。(4)作成済みのDendraノックイン株を用い、Dendra抗体を利用し免疫沈降を行い沈降物を質量分析計により解析し、n1pと複合体を形成しているタンパク質のスクリーニングを行う。時間的に間に合えば、(1)等で同定したPCP制御に重要なドメインと相互作用する因子のスクリーニングに切り替える。(5)Yariv試薬などを用いてn1pの糖鎖修飾を調査する。またそのPCP制御における重要性を研究する。
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| Causes of Carryover |
形質転換が不調のためn1pタンパク質の欠失変異株の作成がに予想以上の時間を要した。その一方で、葉緑体や耐塩性に関わる表現型を新しく見出し、その結果として、n1pタンパク質と受容体キナーゼやそのペプチド性リガンドとの関係を新しく調査対象として加えることができた。これらのために次年度使用額が生じた。今年度は、n1pの機能ドメインを解析を総合し、明らかにできた目的の機能ドメインと相互作用する因子のスクリーニングを開始する、あるいは受容体やペプチド性リガンドとの相互作用を直接調べるために、予定額を使用する。
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