Molecular mechanisms of ubiquitin signaling regulating protein transport to peroxisomes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06711
• 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: National Institute for Basic Biology
• Principal Investigator: Mano Shoji 基礎生物学研究所, オルガネラ制御研究室, 准教授 (20321606)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ペルオキシソーム / シロイヌナズナ / apem変異体 / タンパク質輸送 / Peroxin / ユビキチン化 / ゼニゴケ

Outline of Final Research Achievements

To better understand molecular mechanism(s) of ubiquitination on the peroxisome membrane, we analyzed the Arabidopsis apem7 (aberrant peroxisome morphology 7) mutant, which exhibits reduced protein transport efficiency. The APEM7 gene encodes PEX4 (Peroxin 4), which had the ubiquitin conjugating activity. This study revealed that the abnormal ubiquitination caused by the apem7 mutation affectes protein transport to peroxisomes. In addition, we succeeded in the identification of proteins involved in the ubiquitination on peroxisomal membranes in an early diverging land plant, the liverwort Marchantia polymporpha. The results showed the presence of ubiquitination-dependent protein transport to peroxisomes in Marchantia polymporpha, indicating that the ubiquitination-dependent protein transport to peroxisomes was acquired early in the evolution of land plants.

Free Research Field

植物分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ユビキチン化によるペルオキシソームタンパク質輸送制御は、酵母や動物でも報告されているものの植物での知見は少なかった。同定したPEX4は植物以外では酵母でのみ確認されており、実際にユビキチン結合活性を確認できたのは、多細胞生物では本研究が初めてである。また、進化過程における基部陸上植物のゼニゴケにおいても、同じ制御機構の存在が示されたことから、この制御機構の植物における普遍性に迫ることができた。しかしながら、この制御機構は動物や酵母で全く同じではなく、生物種に応じた違いがあることが示唆され、真核生物におけるユビキチン制御以降の共通性と多様性の理解に繋がる知見として意義がある。