2014 Fiscal Year Annual Research Report
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24228008
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
白須 賢 独立行政法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (20425630)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 植物 / 病害抵抗性 / 分子間相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでスクリーニングで植物の免疫を阻害する類似化合物を３種同定し、この３化合物がサリチル酸のシグナルを拮抗阻害すること、この３化合物がサリチル酸と構造的に類似していること、このうち免疫阻害剤P7が特異的に結合するタンパク質を単離精製し、これがＣＵＰＩＮドメインをもち強固な６量体をで形成するタンパク質（CUPIN1と呼ぶ）であった。また、免疫阻害剤P7抵抗性変異体を４つ単離し、そのひとつが上記の免疫阻害剤P7結合タンパク質をコードする遺伝子に変異があることなどがわかった。より詳細な定量的結合データ取得のため、免疫阻害剤P7結合タンパク質の大量精製法を確立した。シロイヌナズナよりこのタンパク質をコードするcDNAを単離し、植物発現ベクターにクローンし、ベンサミアーナタバコにおいて発現し、ＳＤＳと高温に耐性な６量体を形成する性質を利用した精製法を用いて単離した。変異体はP7との結合能を欠いており、変異体の表現型を裏付ける結果となった。また、大量精製から結晶化に成功した。さらに結晶構造解析に成功しCUPIN1が６量体でマンガンを含有し、糖鎖を持つ新規タンパク質であることを発見した。さらにこの構造から、タンパク質特異的なペプチドを選定しこのタンパク質の同定や機能解析のための抗体を作成した。これによって、CUPIN1が植物内でアポプラストに存在するタンパク質であることがわかった。これまで、サリチル酸のシグナル因子がアポプラストに発見された例はなく、細胞と細胞をつなぐシグナル伝達を説明できる因子になる可能性が高い。さらに、さらに驚くべきことに、植物の免疫を亢進する化合物が、この阻害剤と結合タンパク質の結合を阻害した。つまり、この免疫関連タンパク質を正にも負にも制御する化合物を得たことになる。CUPIN1と阻害剤の共結晶もできており、化合物の結合様式もあきらかになってきた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
植物免疫に重要なタンパク質の解析、ケミカルバイオロジーによる新規免疫阻害剤の発見、阻害剤に対する非感受性変異体、阻害剤に結合するタンパク質の同定、このタンパク質の結晶解析など、すべてが順調に進んでいる。さらに、タンパク質の結晶解析は、予定以上にスムーズにすすみ、阻害剤との共結晶からその結合様式まで解明することが出来た。さらに驚くべきことに、植物の免疫を亢進する化合物が、この阻害剤と結合タンパク質の結合を阻害した。つまり、この免疫関連タンパク質を正にも負にも制御する化合物を得たことになる。これまでにこのような研究例はなく、非常にインパクトの高い研究が推進されていると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規サリチル酸シグナル因子候補の機能解析に重点をおいて研究を推進する。具体的には、これまでに判明しているサリチル酸シグナル伝達系路において、CUPIN1タンパク質の機能がどこに位置するかを、多重変異体解析、阻害剤解析、トランスクリプトーム解析、プロテオーム解析等を用いて絞り込む。特に、サリチル酸シグナル伝達系路に重要な役割を果たすことが知られているNPR1タンパク質との関係を明らかにする。例えば、サリチル酸があると、細胞内のリドックスが変化し、NPR1は核内に移行すると考えられている。また、NPR1は核内で安定化し、転写因子関連のタンパク質と結合することが報告されているが、アポプラストに存在するCUPIN1が、どのようにしてこの一連のNPR1の挙動に影響を与えるかを、変異体解析や、阻害化合物解析などによって解析する。また、変異体や、阻害化合物処理後の遺伝子発現や、タンパク質の安定化をトランスクリプトーム解析、プロテオーム解析等を利用して解析していくことにより、その生物学的機能を明らかに出来る。CUPIN1は新規のタンパク質であることから、生化学的機能に関しては、その解析が難しいことが予想されるが、プラントアクティベーター等の化合物がCUPIN1を標的タンパク質として機能していることが示唆されているため、これら化合物処理によるCUPIN1の活性化を生化学的に解析していく。その他、変異体スクリーニング等の詳細解析から、遺伝子の同定、機能解析を進め、全体像をあきらかにしていく。他の植物免疫に重要なタンパク質については、これまで通り、複合体解析、発現解析、変異体解析等をおこない、その機能を明らかにしていく。必要に応じて、病原体の新規ゲノム、トランスクリプトーム解析を機動的におこない、病原体側の因子を同定して、植物の免疫抑制機能を解析していく。
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[Journal Article] Analysis of differential expression patterns of mRNA and protein during cold- and de-acclimation in Arabidopsis.2014
Author(s)
Nakaminami, K., Matsui, A., Nakagami, H., Minami, A., Nomura, Y., Tanaka, M., Morosawa, T., Ishida, J., Takahash, S., Uemura, M., Shirasu, K., and Seki, M.
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Journal Title
Mol Cell Proteomics
Volume: 53
Pages: 118-124
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Identification of Low-Molecular Inhibitors for Salicylic Acid Signaling Pathway by a High-Throughput Chemical Screening2015
Author(s)
Nobuaki Ishihama, Yoshiteru Noutoshi, Seung-won Choi, Ivana Saska, Yuko Nomura, Hirofumi Nakagami, Kazutaka Murayama, Mikako Shirouzu, Yasumitsu Kondoh, Hiroyuki Osada, Ken Shirasu
Organizer
第56回日本植物生理学会年会
Place of Presentation
東京農業大学世田谷キャンパス
Year and Date
2015-03-16
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[Presentation] Identification of low-molecular inhibitors for plant immune response by a high-throughput chemical screening2014
Author(s)
Nobuaki Ishihama, Yoshiteru Noutoshi, Seung-won Choi, Ivana Saska, Yuko Nomura, Hirofumi Nakagami, Kazutaka Murayama, Mikako Shirouzu, Tamio Saito, Hiroyuki Osada, Ken Shirasu
Organizer
XVI International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions
Place of Presentation
Rhodes island, Greece
Year and Date
2014-07-10
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