2018 Fiscal Year Research-status Report
A study of the organization of actin filaments in Arabidopsis cells
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17K07436
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
伊藤 光二 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (50302526)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ミオシン / アクチン / 原形質流動 / モータータンパク質 / アクチン束化 / 極性 / シロイヌナズナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物細胞においてはアクチン繊維が物質輸送の主要な輸送レールを担っている。細胞表層と原形質糸には束化したアクチン繊維が極性を同じ方向に揃えて配向しており（原形質流動レール），この上をミオシンXIが運動することにより原形質流動とよばれる一定方向の流れが生じている。アクチン繊維は原形質流動レール以外に，様々な物質を特定の目的地に運ぶための専用輸送レールとしても機能している。このような多様な機能をおこなうために，シロイヌナズナにおいて8種のアクチンアイソフォームが，13種のミオシンXIアイソフォームおよび，重合，脱重合，束化等を制御する多様なアクチン結合タンパク質と相互作用し，複雑かつ高度に制御されたアクチン輸送ネットワークを構築している。本研究は，(1) アクチン繊維が極性を同じ方向に揃えて配向する機構および，（2) 様々な物質を特定の目的地に運ぶための専用輸送レールとしての機構の解明を目的とした。
H30年度においては得に(1)についての研究に大きな進展があった。シロイヌナズナのミオシンXIのMYA2とある植物ミオシンXIは，空間的制限とアクチン束化因子がなくても，アクチン繊維を極性を揃えて束化する性質があることがわかった。AFMによる観察の結果，MYA2はモータードメインにアクチン結合サイトが2つあり，これによりアクチン繊維を極性を揃えて配向させることがわかった。ある種の植物ミオシンにおいてはアクチン繊維を曲げながら動かすことによってアクチン繊維を極性を揃えて配向させることがわかった。
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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)植物ミオシンによるアクチン繊維が極性を同じ方向に揃えて配向する機構について，大きな進展があった。Cy3標識したアクチン繊維とCy5標識したアクチン繊維は蛍光顕微鏡下で異なった局在を示すが，GFP-MYA2(シロイヌナズナのミオシンXIのMYA2をGFP標識したもの) が存在するとCy3標識アクチン繊維とCy5標識アクチン繊維の多くが同じ局在を示し，蛍光強度も増加した。このことはGFP-MYA2によりアクチン繊維が束化したことを示す。さらに，この束化はMYA2のモータードメインのみで十分であることがわかった。このことはMYA2によるアクチン繊維束化にはGFPや2つ頭が必要なく，モータードメインに束化因子があることを示す。さらに，アクチン繊維束化機構を原子間力顕微鏡(AFM)でリアルタイムで観察した。その結果，MYA2はモータードメインによりアクチン繊維を束化するが，この束化においては，極性を揃えてアクチン繊維を配向させることが示唆された。また，ほとんどのミオシンはアクチン繊維を直進方向に動かすが，ある種の植物ミオシンにおいてはアクチン繊維を曲げながら動かし，その結果，極性をそろえて配向させることがわかった。
(2) 様々な物質を特定の目的地に運ぶための専用輸送レールとしての機構については，GFP-MYA2をCy3およびCy5で標識したシロイヌナズナのアクチンのACT２およびACT7への選択的接合性を調べた結果，ACT7に選択的に結合することがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)アクチン繊維が極性を同じ方向に揃えて配向する機構については，(a)空間制御による寄与，(b)MYA2のモータードメインによる束化機構, (c)ある種の植物ミオシンによる運動方向を曲げながら極性を揃える機構の3つに分けて研究を進める。(a)空間制御においては紫外線硬化樹脂Noa61により様々な基板を作製し，プラズマ化により表面処理することにより撥水性を改善し，ミオシンを固定させることにより，様々な形状の基板を作製し，空間形状によるアクチン繊維の極性を揃えての配向の寄与を明らかにする。(b)については，極性がそろっているかどうかを明確にするために，アクチニンリピートによりレバーアーム部分を長く伸ばした単頭のMYA2を用いてAFMで検証する。また，セカンドリーアクチン結合領域の候補としてループ2が考えられるので，ループ2のプラス電荷をアラニンに置換したコンストラクトで束化が起きるかどうか検証する。(c)については，アクチン繊維の長さ，ATP濃度を変化させたときの実験をこない，さらに数理的な面からも研究を進める。
(2) 様々な物質を特定の目的地に運ぶための専用輸送レールとしての機構についてはMYA2以外のシロイヌナズナの様々なミオシンXIについて選択的な結合性を検証する。
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[Journal Article] Functional Diversity of Class XI Myosins in Arabidopsis thaliana2018
Author(s)
Haraguchi T., Ito K., Duan Z, Rula S, Takahashi K., Shibuya Y., Hagino N., Miyatake Y., Nakano A., Nakano A., and Tominaga M
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Journal Title
Plant Cell Physiol
Volume: 59
Pages: 2268-2277
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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