2013 Fiscal Year Research-status Report

高等植物の根の形態形成を制御する新規転写制御機構の構造的研究

Research Project

Project/Area Number	25440025
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Research Institution	Nara Institute of Science and Technology
Principal Investigator	平野良憲奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (50452529)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords	転写制御 / 分子複合体 / パターン形成 / GRASファミリー / 結晶構造解析
Research Abstract	動物，植物，微生物などの多細胞生物にとって，細胞運命決定は普遍的で不可欠なプロセスである．動物細胞は原腸陥入のように，細胞がしばしば移動して器官形成が行われるが，細胞壁を持つ植物の細胞は移動することができない．そのため，植物では細胞の非対称分裂と分化による細胞運命は密接な関係のもと，厳密に制御されている．本研究では根端分裂組織の形態形成（パターン形成）において中心的な役割を果たすGRASファミリータンパク質SCR, SHR の立体構造解析を行い，原子レベルで形態形成を司る未知の転写制御機構を明らかにすることを目的としている．本年度はSCR, SHR複合体の結晶化に成功した。得られた結晶を用いて大型放射光施設SPring-8でのX線回折実験を行い、得られたデータを解析することで複合体の精密な立体構造を決定するに至った。本構造は高等植物で重要な役割を果たすGRASドメインの世界初の立体構造であり、得られた立体構造から生物学的な意義について機能解析を現在進めている。SCR, SHRは植物体内で転写活性化を行う分子として機能しているため、転写活性化に関与する分子との相互作用解析および活性解析を進めた。 SCR, SHRと相互作用する転写因子MGPについて、種々のコンストラクトを作成して、in vitroでの相互作用解析を行った結果、相互作用領域を絞り込むことに成功した。これと並行してSCR, SHR, MGPの三者複合体の結晶化スクリーニングを行った結果、いくつかの結晶を得た。これらの結晶についてX線回折実験を行った結果、MGPの電子密度を観測することができなかった。そのためMGPと同様にSCR, SHRと相互作用するJKDについても同様に結晶化実験を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 本研究の肝となる２つの構造解析のうち、本年度は１つの構造解析に成功した。また２つめの構造解析ターゲットについても、結晶が得られており構造解析の目途がついた。初年度の成果によって得られた立体構造情報から作業仮説を立て、現在のところ機能解析によって新規な転写制御機構モデルを構築していることである。以上の点を考慮すると、当初の計画以上に進展していると考えられる。
Strategy for Future Research Activity	今後、立体構造解析についてはMGPのかわりにJKDを用いてSCR, SHRとの三者複合体の結晶化を進める。すでに小型の結晶が得られているので、結晶化条件の精密化を行うことで、X線回折実験に十分な質の結晶の作成に努める。構造解析と並行して、転写因子MGP, JKDのDNA結合能に対するSCR, SHRの役割について機能解析を進める。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	研究計画ではSCR, SHR, MGPの三者複合体の結晶化を行う予定であったが、研究進捗に伴い、別なタンパク質JKDとSCR, SHRの三者複合体の結晶化に成功した。そのためこちらを優先して研究を行った結果、当初の予算と直接経費の使用額にズレが見られ、次年度使用額が生じた。 SCR, SDHRとJKDの三者複合体で得られた結晶化方法をフィードバックして、SCR,SHR, MGPでの三者複合体の結晶化を行う予定である。