アクチン繊維を極性揃えて配向させる植物ミオシンの新規機能の解明

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K06583
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 伊藤 光二 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (50302526)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ミオシン / 分子モーター / アクチン / 束化 / 原形質流動 / シロイヌナズナ / モータータンパク質

Outline of Annual Research Achievements

植物細胞内ではアクチン繊維が極性を揃えて配向しており、またアクチン繊維も束化様になっている。この極性を揃えたアクチン繊維の上を，小胞体に結合したミオシンXIが一方向に動くので，植物細胞内では原形質流動と呼ばれている一方向性の流れが生じている。近年，様々な実験結果から「ミオシンXIとアクチン繊維との相互作用により，アクチン繊維は自律的に極性を揃えて配向する」ことが示唆されている。しかし，その分子機構は不明である。本研究において、この機能解明のため、研究代表者が独自に開発したミオシンXIの発現、精製系により様々な種類のミオシンXIを精製し、そして、精製した様々な種類のミオシンXIを用いて、ミオシンXIの酵素・運動機能はじめ様々な生物物理学的、生化学的な手法による機能解析・構造解析を行った。
前年までの研究において、シロイヌナズナのミオシンXIの１つであるAtXI-2のモータードメイン（MD）はアクチン繊維の束化能が存在し、さらに束可能を引き起こしているのは MDのＮ末端サブドメインに存在することが明らかにした。本年度はＮ末端サブドメイン内のアクチンの束可能を担う領域の絞り込みを行った。手法として、束可能が顕著なAtXI-2MDと束化能がほとんどないシャジクモのミオシンであるCcXIのMDとの間で、分子生物学的手法による領域置換を行い、キメラMDの束可能が逆転する領域を指標として絞りこんだ。その結果、AtXI-2のN末端から121-185アミノ酸部分に束化能が存在することを明らかにした。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Department of Biology/Queen’s University(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: Department of Biology/Queen’s University
• [Journal Article] Functional characterization of calmodulin-like proteins, CML13 and CML14, as novel light chains of Arabidopsis class VIII myosins (2024)
  • Author(s): Kyle Symonds, Howard J Teresinski, Bryan Hau , Vikas Dwivedi ,Eduard Belausov, Sefi Bar- Sinai ,Motoki Tominaga, Takeshi Haraguchi, Einat Sadot, Kohji Ito, Wayne A Snedde
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 75 Pages: 2313-2329
  • DOI: 10.1093/jxb/erae031
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Membrane-bound myosin IC drives the chiral rotation of the gliding actin filament around its longitudinal axis (2023)
  • Author(s): Yusei Sato, Kohei Yoshimura, Kyohei Matsuda, Takeshi Haraguchi, Akisato Marumo, Masahiko Yamagishi, Suguru Sato, Kohji Ito, Junichiro Yajima
  • Journal Title: Scientific reports Volume: 13 Pages: 19908-19908
  • DOI: 10.1038/s41598-023-47125-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 高速運動する植物ミオシン (2023)
  • Author(s): 伊藤光二, 原口武士
  • Journal Title: 生化学 Volume: 3 Pages: 374-378
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2023.950374
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] シロイヌナズナとトマトのミオシンXIの細胞内における機能の多様性と保存性 (2024)
  • Author(s): 小原惇, 鈴木友康, 野中聡子, 原口武士, 伊藤光二, 富永基樹
  • Organizer: 日本植物生理学会第65回年会
• [Presentation] アクチンをカーブ運動させるミオシンの種類と機能 (2024)
  • Author(s): 伊藤光二, 原口武士, 吉村考平, 永井大生, 佐藤優, 山口明日香, 松野健治
  • Organizer: 生体運動研究合同班会議
• [Presentation] 植物ミオシンと動物ミオシン: 構造・機能の差異 (2023)
  • Author(s): 伊藤 光二
  • Organizer: 細胞骨格研究会 -Plant Cytoskeleton 2023
• [Presentation] シロイヌナズナのミオシンにおける2ndアクチン結合部位の同定と機能解明 (2023)
  • Author(s): 伊藤 静葉, 高部 晃宙, 藤澤 祐希, 原口 武士, 吉村 考平, 檜垣 匠, 富永 基樹, 上田 晴子, 伊藤 光二
  • Organizer: 日本植物学会第87回大会
• [Presentation] シロイヌナズナのミオシンXI-Kの酵素活性と活性制御機構の解明 (2023)
  • Author(s): 原口武士, 勝俣幸平, 富永基樹, 伊藤光二
  • Organizer: 日本植物学会第87回大会
• [Presentation] Enzymatic activities and tissue-specific expression of Arabidopsis thaliana class XI and VIII myosins (2023)
  • Author(s): Shizuha Ito, Takeshi Haraguchi, Zhongrui Duan, Sa Rula, Kento Takahashi, Yuno Shibuya, Nanako Hagino, Yuko Miyatake, Rie Matsumoto, Kei Sato, Akihiko Nakano, Motoki Tominaga, Kohji Ito
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research (ICAR2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure and regulation of Arabidopsis Myosin XI, MYA2 (2023)
  • Author(s): Takeshi Haraguchi, Masanori Tamanaha, Kano Suzuki, Kohei Yoshimura, Takuma Imi, Takamitsu Morikawa, Nao Shoji, Atsushi Kimura, Motoki Tominaga, Hidetoshi Sakayama, Tomoaki Nishiyama, Mitsuhiro Iwaki, Takeshi Murata, Kohji Ito
  • Organizer: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research (ICAR2023)
  • Int'l Joint Research