2021 Fiscal Year Research-status Report
オーキシン共受容体の特異的相互作用を実現するタンパク質改変と酸成長誘導機構の解明
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20K06685
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
高橋 宏二 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (40283379)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 細胞膜H+-ATPase / オーキシン / 酸成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物ホルモン・オーキシンは、植物の発生、形態形成、環境シグナル応答など多彩な生理現象を仲介することが知られており、細胞応答の多くは遺伝子発現制御を介している。そのシグナル伝達機構は比較的単純な因子で構成されているものの、それぞれの構成因子は大きなタンパク質ファミリーを形成している。シグナル因子の多様な組み合わせのうち、あるオーキシン作用がどのような因子の組み合わせで駆動されるのかを検討するために、オーキシンシグナル伝達因子であるTIR1/AFBとAux/IAAのうち、特定の組み合わせのアイソフォームのみが植物細胞内で相互作用できるように相互のタンパク質を改変する研究ツール開発を目指し、さらに新奇オーキシンシグナル伝達機構も考慮にいれつつ、「細胞膜H+-ATPaseの活性化を介したオーキシン誘導性胚軸伸長（酸成長）のメカニズム」の全貌を明らかにすることを目標としている。これまでに、オーキシン受容体であるTIR1とAux/IAAとの結晶構造に基づいて、それぞれの相互作用部位であるTIR1のオーキシン結合ポケットとAux/IAAのデグロン配列を中心に改変を施すアミノ酸の組み合わせを導きだした。改変した両タンパク質の相互作用は、in vitroプルダウンアッセイで検討し、数種類の組み合わせを見いだした。酸成長誘導とオーキシン依存性遺伝子発現との関連性を検討するため、内生のAux/IAAと相互作用しない改変TIR1をシロイヌナズナに導入した植物体を作成した。また、オーキシン誘導性酸成長を駆動する細胞膜H+-ATPaseの活性調節に関与するプロテインキナーゼTMK1の機能解析を行い、新奇オーキシンシグナル伝達の一端を明らかとした。今後は、改変TIR1の機能解析とTMK1の活性制御解析を通してオーキシン誘導性酸成長のメカニズム解明を目指す。
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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
オーキシン受容体であるTIR1とAux/IAAとの結晶構造に基づいて、それぞれの相互作用部位であるTIR1のオーキシン結合ポケットとAux/IAAのデグロン配列を中心に改変を施すアミノ酸の組み合わせを導きだした。葉肉細胞プロトプラストを用いた一過的発現系を利用し、これらの改変タンパク質の機能をさまざまな条件で検討したが、一過的発現を利用した実験系では機能解析は困難であった。そこで、改変TIR1を導入した組換え植物体を作出し、植物内での改変TIR1の機能解析を行なった。また、改変TIR1を発現する植物体でのオーキシン誘導性酸成長の検討も実施し、興味深い結果を得たところである。当初の実験計画通りに進捗しているとは必ずしも言えないが、オーキシン誘導性酸成長を駆動する細胞膜H+-ATPaseのリン酸化に関わるプロテインキナーゼTMK1の機能解析をとおして酸成長調節機能の重要な因子の発見を行うことができたことなどを合わせると、おおむね順調に進展していると言えると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
葉肉細胞プロトプラストを用いた一過的発現系での解析が困難であることがわかったため、組換え植物（シロイヌナズナ）の作出によって「改変型TIR1と改変型Aux/IAAのペア」の解析を行うことにした。組換え植物の作出には一定の時間を要するため、Aux/IAAのすべてのアイソフォーム（29個）について改変型を構築して解析することは期間中には難しくなったが、主要なアイソフォームを中心に、改変型TIR1と改変型Aux/IAAを共発現する植物体を作成して解析を行うこととする。一方で、内生のAux/IAAと相互作用しない改変型TIR1を導入した植物体で酸成長が誘導された場合、Aux/IAA以外の調節タンパク質が改変型TIR1と相互作用することが想定されるため、改変型TIR1と相互作用するタンパク質の同定を行い、新奇オーキシンシグナル伝達機構の解明に繋げる。さらに、オーキシンによるTMK1の活性調節機能の解析を含めて、オーキシン誘導性酸成長の全貌解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
COVID19などの国内・国際情勢によって発注品の納品が遅延する事態があったため、次年度使用額が生じた。小型機器（恒温器）や消耗品の購入予算として使用する。
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