2019 Fiscal Year Annual Research Report
Multi-dimensional studies on structure and dynamics plasticity of the VNS-regulon governing xylem cell differentiation
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18H02466
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
出村 拓 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (40272009)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マルチオミクス / ユビキチン化 / 化学生物学的解析 / HDAC阻害剤 / 進化的変遷 / 蛍光相関分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
＜マルチオミクス解析による新規因子の同定＞シロイヌナズナ培養細胞の道管細胞分化誘導系のメタボロームの詳細を明らかにするためにフラックス解析を行った。さらに、得られた結果と前年までに終了しているメタボローム解析の結果を統合することで、VNSレギュロンに影響しうる代謝産物を絞り込んだ。また、道管分化誘導系におけるユビキチン化タンパク質プロテオーム解析の結果をもとにVND7タンパク質のユビキチン化アミノ酸を特定した。
＜化学生物学的解析による新規因子の同定＞「道管細胞への分化率を特異的に上昇させる化合物」の解析から、細胞周期の遅延が分化率の上昇に繋がる可能性を見いだし、詳細な解析を続けるとともに、関連する他の化合物の分化率への影響調査を行った。さらに、既知の細胞内環境（酸化ストレス、膜交通の撹乱、エピゲノム状態、など）の変化がVNSレギュロンに及ぼす影響の解析から、HDAC阻害剤が道管分化を抑制することが分かった。さらにHDAC阻害剤によって道管分化の抑制機能を持つ複数の転写因子の発現レベルが上がることも明らかとなった。
＜VNSレギュロンの進化的変遷の解析＞進化におけるVNSレギュロンの変遷を予想するために、各種植物のVNS転写因子の転写活性化能力と下流シス配列との結合親和性を、一分子蛍光解析装置を用いた蛍光相関分光法（FCS法）によって解析した。その結果、VNS－シス配列の結合親和性がコケ植物から維管束植物への進化の過程で大きく変化した可能性を見いだした。
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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
＜マルチオミクス解析による新規因子の同定＞予定通り、フラックス解析が順調に進んだ。VND7タンパク質のユビキチン化アミノ酸を特定することができた。
＜化学生物学的解析による新規因子の同定＞HDAC阻害剤が道管分化を抑制することを明らかにし、そのターゲット候補を絞り込むことができた。
＜VNSレギュロンの進化的変遷の解析＞VNS－シス配列の結合親和性がコケ植物から維管束植物への進化の過程で大きく変化した可能性を示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 新規VNSレギュロン因子の同定（マルチオミクス/化学生物学的/順遺伝学的解析）
ユビキチン化タンパク質をターゲットとしたプロテオーム解析を継続することで、VNSレギュロンの制御因子の探索と機能検証を進める。前年度に取り組めなかったベンサミタバコ一過的誘導系での道管分化の過程における他の構成因子とのBiFC解析や細胞内局在解析を行う。道管細胞分化抑制変異体について、原因遺伝子の機能解析によってVNSレギュロンにおける役割を解明する。
2. VNSレギュロンの進化的変遷の解析
取得した結合親和性定量データをもとに、VNS－シス配列の協調進化のキーイベントを探る。
3. VNSレギュロンによる通水・支持機能最適化の数理モデル化
上記のデータをもとに、「VNS レギュロン」構造の変遷あるいは可塑的運用に関する数理モデルを構築する。さらに、ベンサミタバコ一過的誘導系を用いた再構築実験によってモデルの妥当性の検証に取り組む。数理モデルの構築にあたっては、当研究室所属の津川暁特任助教の協力を仰ぐ。
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