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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Integrative studies on the processive degradation of macromolecules in chloroplasts

Research Project

Project/Area Number 17H03699
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

坂本 亘  岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (20222002)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高見 常明  岡山大学, 資源植物科学研究所, 技術職員 (70614254)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords葉緑体分化 / プロテアーゼ / ヌクレアーゼ / タンパク質リン酸化 / 光合成 / トランスポーター
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、シアノバクテリアの細胞内共生により生じた葉緑体が、前駆体であるプロプラスチドから葉緑体に分化し維持されるために必須なプロセッシブ分解の調節機構を明らかにするとともに、分解産物であるペプチド・ヌクレオチドの葉緑体外輸送など、その生理機能についても着目し、葉緑体のホメオスタシス・機能転換と生体高分子分解の関係を統合的に理解する。以下の3つの項目について研究を進めた。
(1)プロセッシブなタンパク質分解酵素FtsHの制御機構:FtsHはチラコイド膜の主要プロセッシブタンパク質分解酵素である。H29年度はFtsHがリン酸化されていることをPhos-tagにより検出し、リン酸化が光条件に影響されないこと、STN7キナーゼに依存しないことを明らかにした。加えて、質量分析結果からリン酸化部位のセリン残基を予測するとともに、それらにアミノ酸置換を導入したFtsH2を発現する植物の作製を進めた。
(2)プロセッシブな核酸分解酵素DPD1の制御機構:点変異(A236V)を導入したDPD1タンパク質を大腸菌発現系により調製し、ヌクレアーゼ活性が低下していることをin vitro nuclease assayにより明らかにした。更に、この変異を持つDPD1遺伝子をエストラジオール誘導系ベクター(pER8)に導入し、植物(シロイヌナズナ)に形質転換した。現在までに、目的の遺伝子コンストラクトを保持した10系統の植物体を得ている。
(3)分解産物の葉緑体排出の解析:H29年度はタンパク質分解により生じた短鎖ペプチドの葉緑体排出の可能性について解析を進めた。BタイプのABCトランスポーターでセンチュウのペプチドトランスポーターTAP1と類似性のあるホモログに着目した。TAP1ホモログが内包膜にホモダイマーとして局在し、ヌクレオチド結合領域をストロマ側に配向することから排出活性を示す可能性が支持された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では、葉緑体でのプロセッシブ分解を担う酵素として、FtsHプロテアーゼ、DPD1ヌクレアーゼに着目しているが、それぞれの研究で当初の計画通りに進捗している。分解産物の葉緑体排出については、TAP1ホモログに着目した解析も計画通りに進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

FtsHのリン酸化制御によるタンパク質分解の解析では、推定リン酸化部位にアミノ酸置換を導入した形質転換植物の育成が進んでいるので、H30はこれらの世代を促進させてさらなるリン酸化とFtsH安定性、あるいは光化学系II修復作用との関連性を調べる。
DPD1による核酸分解については、H29までに得られた形質転換植物でエストラジオールによりDPD1を発現させ、DPD1に対する特異抗体を用いた共免疫沈降法によりDPD1と生体内で相互作用している因子の単離と同定を試みる。
分海産物排出機構の研究については、TAP1ホモログについてH30も引き続き解析を進める。特にTAP1のペプチド輸送活性について、プロテオリポソームを用いた研究について考察する。

  • Research Products

    (12 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Chinese Academy of Sciences/Shanghai Center for Plant Stress Biology(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Chinese Academy of Sciences/Shanghai Center for Plant Stress Biology
  • [Journal Article] The Rubisco Chaperone BSD2 May Regulate Chloroplast Coverage in Maize Bundle Sheath Cells2017

    • Author(s)
      Salesse Coralie、Sharwood Robert、Sakamoto Wataru、Stern David
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 175 Pages: 1624~1633

    • DOI

      10.1104/pp.17.01346

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ソルガムの在来種たかきびが出穂後に示す高温・強光耐性の光合成活性による評価2018

    • Author(s)
      大西紀和、坂本亘
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] Phos-tagを用いたチラコイド膜におけるリン酸化タンパク質の網羅的検出法2018

    • Author(s)
      西岡佳司、加藤裕介、小澤真一郎、高橋雄一郎、坂本 亘
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 光化学系II修復サイクルでのFtsHプロテアーゼ自身の品質管理の重要性2018

    • Author(s)
      加藤裕介、兵頭究、坂本 亘
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 葉緑体DNA分解を介したリン利用効率・分配の最適化2018

    • Author(s)
      高見 常明, 大西 紀和, 栗田 悠子, 岩村 青子, 大西 美輪, 三村 徹郎 坂本 亘
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] シロイヌナズナ葉緑体ペプチドエクスポーターの解析2018

    • Author(s)
      西村健司、関谷堂真、石森元幸、高見常明、加藤裕介、宮地孝明、坂本亘
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] VIPP1, a chloroplast membrane integrity-maintaining protein, has GTP-binding and hydrolysis activities in vitro2017

    • Author(s)
      Norikazu Ohnishi, Lingang Zhang and Wataru Sakamoto
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Possible regulation mechanisms of chloroplastic FtsH metalloprotease by protein phosphorylation.2017

    • Author(s)
      Kato Y, Sakamoto W.
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Chloroplast DNA and nutrient salvage: a new concept.2017

    • Author(s)
      Sakamoto, W., Ohnishi, N., Takami, T.
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Comprehensive analysis of phosphoprotein in thylakoid membranes.2017

    • Author(s)
      Nishioka,K., Kato, Y., Ozawa, S., Takahashi, Y., Sakamoto, W.
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nuclear transcriptome rewiring involving a peptide-exporting ABC transporter on chloroplast envelopes.2017

    • Author(s)
      Nishimura, K., Ishimori, M., Sekiya, T., Watson, S., Takami, T., Miyaji, T., Sakamoto, W.
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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