エリシター誘導性プログラム細胞死におけるミトコンドリア・液胞の機能解析

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17051027
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部, 助教授 (50211884)
• Keywords: プログラム細胞死 / 感染防御応答 / ミトコンドリア / 液胞 / Ca^<2+>チャネル / エリシター / 細胞周期 / タバコBY-2細胞

Research Abstract

感染防御など植物のストレス応答にプログラム細胞死(PCD)が重要な役割を果たすが、その実行や制御の分子機構は不明な点が多い。本研究では、細胞周期を同調させた培養細胞を用いて、感染シグナル(エリシター; PAMP)により同調的な細胞死が誘導される実験系を構築し、動植物の比較ゲノム解析により新規プログラム細胞死制御因子を同定・機能解析すると共に、特にミトコンドリアや液胞などのオルガネラが細胞死誘導に果たす役割を解析することを目指した。エリシターによりPCDが誘導されたタバコBY-2細胞では、細胞質の凝集などの形態的な変化が観察されたが、顕著な核の形態変化やDNAの断片化は観察されなかった。一方PCDに先立ち、エリシター添加後数時間以内にMTT還元活性が低下し、ミトコンドリアの膜電位の脱分極が誘導されると共に、細胞内のATP量の減少が見られた。MTT還元活性の低下は、細胞質のCa^<2+>動員などの初期応答反応と同様、プロテインキナーゼ阻害剤やイオンチャネル阻害剤により濃度依存的に抑制された。また膜電位依存性Ca^<2+>チャネル機能破壊株のイネ培養細胞では、エリシター誘導性細胞死と共にMTT還元活性の低下が著しく抑制された。一方、植物では全く未知だが、動物のミトコンドリアにおいて細胞死制御因子として機能するBcl-xLを過剰発現させたタバコ培養細胞では、エリシターによるミトコンドリア膜電位の脱分極や、ATP量の減少が抑制され、細胞死が阻害された。こうした結果から、植物の感染シグナル誘導性細胞死において、Ca^<2+>チャネルを介したシグナル伝達系の下流で、ミトコンドリアの機能低下が誘導され、PCDの制御において重要な役割を果たす可能性が考えられた。またエリシターによるPCD誘導過程の液胞を経時的に観察したところ、細胞死に先立って細胞質糸が減少し、液胞の構造が変化することが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Regulation of Elicitor-induced Defense Responses by Ca^<2+> Channels and Cell Cycle in Tobacco BY-2 Cells. in press. (2006)
  • Author(s): Kadota, K., Kuchitsu K.
  • Journal Title: Biotechnology in Agriculture and Forestry 印刷中
• [Journal Article] Calcium ions are involved in the delay of plant cell cycle progression by abiotic stresses. (2006)
  • Author(s): Sano, T., Higaki, T., Handa, K., Kadota, Y., Kuchitsu, K., Hasezawa, S., Hoffmann, A., Endter, J., Zimmermann, U., Hedrich, R., Roitsch, T.
  • Journal Title: FEBS Lett. 580巻2号 Pages: 597-602
• [Journal Article] Regulation of anthocyanin biosynthesis involved in the formation of marginal picotee petals in Petunia. (2006)
  • Author(s): Saito, R, Fukuta, N., Ohmiya, A., Itoh, Y., Ozeki, Y., Kuchitsu, K., Nakayama, M.
  • Journal Title: Plant Science 170巻4号 Pages: 828-834
• [Journal Article] Biotin-labeled abscisic acid as a probe for investigating abscisic acid binding sites on plasma membranes of barley aleurone protoplasts. (2005)
  • Author(s): Kitabata, K.Nakano, T., Kuchitsu, K., Yoshida, S., Asami, T.
  • Journal Title: Bioorg.Med.Chem. 13(10) Pages: 3351-3358
• [Journal Article] Identification of a novel gene family. paraiogs of an inhibitor of apoptosis proteins present in plants, fungi, and animals. (2005)
  • Author(s): Higashi, K., Takasawa, R., Yoshimori, A., Goh, T., Tanuma, S., Kuchitsu, K.
  • Journal Title: Apoptosis 10(3) Pages: 471-480
• [Journal Article] Identification of a putative voltage-gated Ca^<2+> channel as a key regulator of elicitor-induced hypersensitive cell death and mitogen-activated protein kinase activation in rice. (2005)
  • Author(s): Kurusu.T., Yagala, T., Miyao, A., Hirochika, H., Kuchitsu, K.
  • Journal Title: Plant J. 42(6) Pages: 798-809
• [Journal Article] Characterization of the Origin Recognition Complex (ORC) from a higher plant, rice (Oryza sativa L.), (2005)
  • Author(s): Mori, Y., Yamamoto, T., Sakaguchi, N., Ishibashi, T., Furukawa, T., Kadota, Y., Kuchitsu, K., Hashimoto, J., Kimura, S., Sakaguchi, K.
  • Journal Title: Gene 353(1) Pages: 23-30
• [Journal Article] The relationship between various image of acyanic petal of Eustoma gradifrorum under UV light and flavonoid content. (2005)
  • Author(s): Fukuta, N., Miyasaka, M., Saitou, R., Kuchitsu, K., Nakayama, M.
  • Journal Title: Hort.Res.(Japan) 4(2) Pages: 147-151
• [Journal Article] Roles of the Putative Voltage-Gated Ca^<2+> Permeable Channels, the TPC1 Family, in Plant Stress Signaling. (2005)
  • Author(s): Kuchitsu, K., Kadota, Y., Kurusu, T.
  • Journal Title: J.Agr.Meteorol.(Journal of Agricultural Meteorology) 60(6) Pages: 1109-1111
• [Journal Article] Cell cycle-dependent regulation of oxidative stress responses and Ca^<2+> permeable channels NtTPClA/B in tobacco BY-2 cells. (2005)
  • Author(s): Kadota, K., Furuichl, T., Sano, T., Kaya, H., Murakami, Y., Gunji, W., Muto, S., Hasezawa, S., Kuchitsu, K.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Comm. 336(4) Pages: 1259-1267
• [Journal Article] Catalytic Activation of Plant MAPK Phosphatase NtMKP1 by Its Physiological Substrate SIPK, but Not by Calmodulins. (2005)
  • Author(s): Katou, S., Karita, E., Yamakawa, H., Seo, S., Mitsuhara, I., Kuchitsu, K., Ohashi, Y.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 280(47) Pages: 39569-39581
• [Journal Article] Early ABA Signaling Events in Guard Cells. (2005)
  • Author(s): Pei, Z.-M., Kuchitsu, K.
  • Journal Title: J.Plant Growth Regul. 24(4) Pages: 296-307