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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Regulation mechanisms of selective chlorophagy

Research Project

Project/Area Number 17H05050
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

泉 正範  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (80714956)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords葉緑体 / クロロファジー / オートファジー / 植物 / 光障害
Outline of Annual Research Achievements

H29年度は以下2項目に関わる解析を行い以下のような進展が得られた。
【1】クロロファジー誘導要因の逆遺伝学的解析:葉緑体のどの部位の障害がクロロファジー誘導要因となるかを調べるため、葉緑体の各部位の防御に関わる遺伝子の各種変異体を用いて、強光障害後の異常形態葉緑体とクロロファジー活性を評価した。その結果、光化学系Ⅱがより重篤な障害を受けるとクロロファジーが活性化することが示された。一方、同程度の光化学系Ⅱの障害時でも、包膜の修復に関わる遺伝子の機能増強株では異常形態葉緑体とクロロファジーが減少し、機能低下株ではどちらも増加した。また、異常形態葉緑体では包膜を介した膜ポテンシャルに異常が生じていることも明らかとなった。以上の結果から、光化学系の障害が何らかの形で包膜に伝播し、それに伴い包膜を介した膜ポテンシャルの異常が生じることがクロロファジーの誘導要因となっていることが示唆された。関連して、包膜上のタンパク質輸送複合体の変異株ではクロロファジーが超活性化することを見出した。
【2】障害葉緑体を標識するレセプター因子の同定:未知のクロロファジーレセプターの単離を目指し、アルキル化剤EMSで遺伝子変異を誘発した野生型バックグラウンドの系統からクロロファジー特異的抑制株を5系統単離し、全ゲノムリシーケンスによる原因遺伝子絞り込み用のサンプル調整を終えた。さらに項目【1】で見出したクロロファジー超活性化変異株をEMS処理し、そこからクロロファジー特異的抑制体の候補株をさらに単離した。また、ユビキチン化の関与を調査し、強光処理した植物体の葉緑体ではユビキチン化が一定程度亢進されることを見出した。しかしながら、既知の葉緑体ユビキチン化酵素の変異株ではクロロファジーの抑制は見られなかったことから、これらのユビキチン化酵素はクロロファジーの誘導に必須ではないことが示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

H29年度に予定していた解析はほぼ遂行することができた。項目2の全ゲノムリシーケンスはH29年度中に終える計画であり、実際にそこまでは至らなかったが、既にサンプルは調整済みのためすぐに解析に供することができる段階までは到達した。一方で、予定していた以上に解析が進んだ点として、項目1では「包膜を介した膜ポテンシャルの異常がクロロファジー誘導要因となること」、項目2では「既知の葉緑体ユビキチン化がオートファジーとは独立にタンパク質分解に寄与すること」を示す十分な証拠を既に得ることができた。よって研究計画全体としては、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

研究計画は概ね順調に進展しており、当初の計画に沿って引き続き推進していく。若干遅れが見られる部分(変異株の原因遺伝子同定)については優先して解析を行い、研究期間内に、クロロファジーに必要な未知の因子の同定を達成する。

  • Research Products

    (21 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 7 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] オックスフォード大学(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      オックスフォード大学
  • [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学サンフランシスコ校(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      カリフォルニア大学サンフランシスコ校
  • [Journal Article] Chloroplast Protein Turnover: The Influence of Extraplastidic Processes, Including Autophagy2018

    • Author(s)
      Izumi Masanori、Nakamura Sakuya
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 19 Pages: 828

    • DOI

      10.3390/ijms19030828

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Vacuolar Protein Degradation via Autophagy Provides Substrates to Amino Acid Catabolic Pathways as an Adaptive Response to Sugar Starvation in Arabidopsis thaliana2018

    • Author(s)
      Hirota Takaaki、Izumi Masanori、Wada Shinya、Makino Amane、Ishida Hiroyuki
    • Journal Title

      Plant & Cell Physiology

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1093/pcp/pcy005

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Partial or entire: Distinct responses of two types of chloroplast autophagy2017

    • Author(s)
      Izumi Masanori、Nakamura Sakuya
    • Journal Title

      Plant Signaling & Behavior

      Volume: 12 Pages: e1393137

    • DOI

      10.1080/15592324.2017.1393137

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Vacuolar digestion of entire damaged chloroplasts in Arabidopsis thaliana is accomplished by chlorophagy2017

    • Author(s)
      Izumi Masanori、Nakamura Sakuya
    • Journal Title

      Autophagy

      Volume: 13 Pages: 1239~1240

    • DOI

      10.1080/15548627.2017.1310360

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] クロロファジーによる葉緑体の品質管理2018

    • Author(s)
      泉正範、中村咲耶,菊池悠太
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Invited
  • [Presentation] シロイヌナズナにおけるオートファジーと葉緑体ユビキチン化の相互作用の解析2018

    • Author(s)
      菊池悠太,中村咲耶,日出間純,泉正範
    • Organizer
      日本植物生理学会
  • [Presentation] 紫外線障害時のオルガネラ除去を担うオートファジーの解析2018

    • Author(s)
      中村咲耶,日出間純,大友康平,根本知己,石田宏幸,泉正範
    • Organizer
      日本植物生理学会
  • [Presentation] 環境に応じた葉緑体分解を担う2種のオートファジー経路2018

    • Author(s)
      泉正範
    • Organizer
      日本農芸化学会
    • Invited
  • [Presentation] Coordination of two types of autophagy for the controlled turnover of chloroplasts2017

    • Author(s)
      Izumi M, Kikuchi Y, Nakamura S
    • Organizer
      East Asian Symposium on Senescence and Chronobiology in Plants
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Autophagy for the Vacuolar Degradation of Entire Photodamaged Chloroplasts2017

    • Author(s)
      Izumi M, Nakamura S, Ishida H, Hidema J
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Chlorophagy selectively eliminates swollen chloroplasts caused by high visible light-damage in Arabidopsis leaves2017

    • Author(s)
      Nakamura S, Hidema J, Ishida H, Izumi M
    • Organizer
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 葉緑体成分のリサイクルと品質管理を担う2種のオートファジーとその細胞内動態2017

    • Author(s)
      泉正範
    • Organizer
      ダイナミックアランスG3公開シンポジウム・ニコンイメージンジセンター学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] 葉緑体を分解する2つのオートファジー経路とその環境応答性の違い2017

    • Author(s)
      泉正範
    • Organizer
      日本植物学会
    • Invited
  • [Presentation] 選択的クロロファジー駆動モデルの構築に向けて2017

    • Author(s)
      中村咲耶,泉正範
    • Organizer
      日本植物学会
    • Invited
  • [Presentation] シロイヌナズナにおける葉緑体を部分分解するオートファジーの細胞内動態の解析2017

    • Author(s)
      泉正範,大友康平,中村咲耶,日出間純,根本知己,石田宏幸
    • Organizer
      日本土壌肥料学会
  • [Presentation] 2つのオートファジー経路による葉緑体成分のリサイクルと品質管理2017

    • Author(s)
      泉正範
    • Organizer
      第3回植物の栄養研究会
    • Invited
  • [Presentation] オートファジーによる障害葉緑体の選択的な除去とその誘導メカニズムの解析2017

    • Author(s)
      中村咲耶,日出間純,石田宏幸,泉正範
    • Organizer
      第3回植物の栄養研究会
  • [Presentation] 葉緑体オートファジー誘導に関わる葉緑体包膜修飾因子の探索:ユビキチンリガーゼの関与について2017

    • Author(s)
      菊池悠太,中村咲耶,Qihua Ling,Paul Jarvis,日出間純,泉正範
    • Organizer
      第3回植物の栄養研究会
  • [Book] 月刊バイオインダストリー2017年8月号2017

    • Author(s)
      泉正範
    • Total Pages
      10
    • Publisher
      シーエムシー出版

URL: 

Published: 2018-12-17   Modified: 2022-06-14  

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