Studies on molecular mechanism of heme-dependent retrograde signaling in plant cells

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06681
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Masuda Tatsuru 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (00242305)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 葉緑体 / ヘム / レトログレードシグナル / テトラピロール / ABCトランスポーター

Outline of Final Research Achievements

We elucidate the molecular mechanisms of heme-dependent retrograde signaling in plant cells. Functional chloroplast development in plants is regulated by the communication between anterograde signals from the nucleus and retrograde signals (RS) from the plastids. With regard to the RSs involved in chloroplast biogenesis, we have shown for the first time that the pigment-localized GUN1 protein plays a central role as a sensor of chloroplast differentiation and regulates the transduction of heme, through the regulation of heme synthase FC1.
Here, we proposed a model in which GUN1 accumulated in the plastid forms heme-binding droplets and transports heme during chloroplast differentiation. We also identified and studied the function of the ABC transporter that can specifically transport heme.

Free Research Field

植物生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで植物細胞における、ヘム輸送機構に関しては全く明らかになっていなかった。我々は植物細胞から初めてヘム特異的ABCトランスポーターを同定した。これまで色素体で合成されたヘムが、細胞質を経て輸送されるのか、あるいは膜接触部位を通じて小胞体やミトコンドリアに輸送されるのかは明らかではなかった。しかし、細胞質局在型HO1の発現により、のgun表現型が消失したことから、色素体から細胞質へのヘム輸送がRS伝達において重要であることを初めて明らかにした。以上のことから、本研究により植物細胞におけるヘム依存RSの分子機構に新たな知見を与える、学術的に重要な意義を持つ成果が得られたと考えられる。