2012 Fiscal Year Annual Research Report
核・葉緑体制御ループによる葉緑体ゲノム機能の統御機構
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24248061
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田中 寛 東京工業大学, 資源化学研究所, 教授 (60222113)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 真核細胞 / 細胞核 / 葉緑体 / シグマ因子 / テトラピロール / レトログレードシグナル / シグナル伝達 / シゾン |
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| Research Abstract |
項目１では核から葉緑体への転写制御ループの全体像を得るため、４種の核コードシグマ因子の発現解析を行なった。明暗や強光のような光条件、CO2、窒素・リン酸等の栄養条件を変化させ、４種のシグマ因子の発現をタンパク質レベルで検討した結果、他の３種シグマに比較してSIG2が環境変化に鋭敏に応答し、明所での蓄積や栄養飢餓による消失を観察した。さらにSIG2の過剰発現株、発現抑制株を用いた解析を行ない、SIG2がcpcABやapcEAB等のフィコビリゾーム遺伝子の転写に関わることを明らかにした。これら標的遺伝子は、SIG2と同時に葉緑体ゲノムにコードされるYcf転写因子にも制御されると考えられることから、核・葉緑体をめぐるループと葉緑体内を巡るループの相互作用を考える上で興味深い解析系であることが見えてきた。またSIG2の発現についても、葉緑体の光合成電子伝達系を阻害することにより抑制を受けることから、想定どおり、葉緑体から核への制御ループの存在も見えてきつつある。
項目２では、DNA複製を廻る核・葉緑体ループの全体像の把握を目指した研究を進めた。暗明シフトにおけるDNA開始にあたって、最初の光感知がどこで起こるのかを知るために、赤や青の単色光の照射実験を行なった。その結果、青色光ではオルガネラDNA合成（ODR）が誘導されないことが明らかとなった。シゾンゲノムにコードされる特異的光レセプターはクリプトクロムのみであることから、細胞増殖に関わる光感知は光合成明反応系自身である可能性が強いと考えられた。葉緑体で感知された光シグナルは、細胞質にあるMAPKカスケードに伝えられ、最終的にODRを活性化する。この際の活性化にはヘムが必須であることが判明しているが、今年度の解析でヘム合成酵素（フェロキラターゼ）のミトコンドリア局在が明確となり、ODRへのミトコンドリアの作用点が明らかとなった。
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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
転写制御における核・葉緑体ループの研究では、核から葉緑体方向の制御因子として４種のシグマ因子を取り上げ、それぞれのシグマ因子が認識する葉緑体プロモーターの検索による機能アサインを当初の目標とした。その結果、SIG2が光条件や栄養、ストレスにより特徴的な発現パターンを示すこと。さらに、SIG2を人工的に増減させることにより、SIG2が葉緑体にコードされるフィコビリゾーム遺伝子の転写に関わることを明らかにすることができた。これにより、フィコビリゾームタンパク質の形成に関わるサーキットとして、ビリ色素（開環テトラピロール）やその合成系の関与が強く示唆されるに至っている。SIG2以外のシグマ因子についても、SIG1がrRNAプロモーターに親和性が強いことなどが判明しており、シグマ因子の機能については解明が進みつつあり、生理機能を手掛かりとした葉緑体から核へのシグナル検索を開始している。オルガネラと核のDNA合成の協調についても、葉緑体から細胞質へ、細胞質から葉緑体を通って核へと至るシグナル伝達の全貌を描くことに成功しつつあり、また、ミトコンドリアによる作用点も明らかとなったことから、より詳細な部分部分の解析へと移行する過程に入りつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究初年度の設備導入により、タイリングアレイの使用によるシグマ因子の網羅的標的解析などが可能となりつつある。また、オルガネラから核へのシグナル伝達におけるテトラピロール分子群の役割の解析が更に重要になりつつあるが、これも初年度に導入した液体クロマトグラフィーシステムにより、より精度の良い解析が可能となってきた。今後の解析では、実際にシグナル伝達系で機能する複合体を同定する必要があることから、キナーゼ複合体や標的タンパク質の同定を目的としたプロテオミクス解析に力を注ぐ必要があり、これにより更に詳細な全体像を明らかにしていく予定である。
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