カルシウムとイノシトールリン脂質の情報変換を制御する新規分子と細胞機能調節の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25650093
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 前島 正義 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (80181577)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: カルシウム / 情報変換 / イノシトールリン脂質 / 細胞膜

Outline of Annual Research Achievements

イノシトールリン脂質（Phosphatidylinositol phosphate, PIP）は、カルシウムと並んで細胞内シグナリングの主要な要素である。PIPは分子種が多く、それぞれが異なる役割を担っている。本研究では、特定のPIP分子種に結合する細胞膜タンパク質PCaPを見出し、PCaPがPIPを結合すること、その結合がカルモジュリン/Ca複合体の存在で解離することを見出した。このことは、CaシグナルをPIPが増幅あるいは情報変換する可能性、また既存のPIPを結合することで機能をマスクする可能性を示唆している。可能性を生化学的、分子細胞生物学的に実証し、まったく新しい情報変換の概念を提案することに挑戦することを本研究の目的とし、本年度は、下記の成果を得た。
（1）根毛特異的に発現するPCaP2について、そのアミノ末端部分23残基のみを、PCaP2の自己プロモーターに連結して植物に発現させたところ、その株は根毛を一切発生しない表現型を持つことが明らかになった。その株の吸水能力、無機イオン吸収能力等を定量的、定性的に解析した。この成果は、植物の根毛がもつ生理的な機能を定量的に示した極めて重要な知見を与えた。
（2）植物組織全般に発現するPCaP1について、分子を大腸菌を用いて生合成し、精製し、分子の生化学的な特性を解析した。PCaP1は、確定的な高次構造をもつ領域が少なく、天然変性型状態の領域が多いこと、1分子当り10個のCa2+を結合すること、Ca2+を結合した場合にはαヘリックス領域部分の比率が減少することも明らかになった。すなわち、構造を緩やかに広げることでCa2+を結合しやすくしていると推定される。PCaP1は遊離のカルモジュリン（CaM）は結合しないが、Ca/CaM複合体の場合は、Ca2+、Mg2+、リポソームが共存しても結合することも明らかにした。
上記の知見をもとに、PCaP1とPCaP2の生理学的な機能、生化学的な特性に関する研究を展開しており、それらの成果を論文として公表して行く予定である。

Research Products

• [Journal Article] The histidine-rich loop of Arabidopsis vacuolar membrane zinc transporter AtMTP1 is involved in sensing cytosolic level of zinc. (2015)
  • Author(s): Tanaka, N., Fujiwara, T., Tomioka, R., Krämer, U., Kawachi, M., and Maeshima, M.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 56 Pages: 510-519
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu194
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Characteristics of a root hair-less line of Arabidopsis thaliana under physiological stresses. (2014)
  • Author(s): Tanaka, N., Kato, M., Tomioka, R., Kurata, R., Fukao, Y., Aoyama, T., and Maeshima, M.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 65 Pages: 1497-1512
  • DOI: 10.1093/jxb/eru014
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dynamics of vacuoles and H+-pyrophosphatase visualized by monomeric green fluorescent protein in Arabidopsis: Artifactual bulbs and native intravacuolar spherical structures. (2014)
  • Author(s): Segami, S., Makino, S., Miyake, A., Asaoka, M., and Maeshima, M.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 26 Pages: 3416-3434
  • DOI: 10.1105/tpc.114.127571
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of the critical residues for the function of vacuolar H+-pyrophosphatase by amino acid screening based on the 3D structure. (2014)
  • Author(s): Asaoka, M., Segami, S., and Maeshima, M.
  • Journal Title: Journal of Biochemistry Volume: 156 Pages: 333-344
  • DOI: 10.1093/jb/mvu046
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 根毛伸長時におけるシロイヌナズナCa2+結合タンパク質PCaP2とホスファチジルイノシトール-4,5二リン酸の細胞内動態. (2014)
  • Author(s): 加藤真理子、前島正義、青山卓史
  • Organizer: 植物脂質科学研究会シンポジウム
  • Place of Presentation: 静岡市産学交流センター
  • Year and Date: 2014-11-28 – 2014-11-29
• [Presentation] 新規シグナル変換分子PCaP1は植物の水分屈性に関与している. (2014)
  • Author(s): 田中奈月、高橋秀幸、前島正義
  • Organizer: 日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会議場
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] リン酸欠乏時に発現上昇する根毛タンパク質RHPPの機能解析. (2014)
  • Author(s): 田中奈月、奥田祥平、Ferjani Ali、郡司玄、前島正義
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 明治大学
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
• [Presentation] Characteristics of a root hair-less line of Arabidopsis thaliana under physiological stresses (2014)
  • Author(s): Tanaka, N., Kato, M., Tomioka, R., Kurata, R., Fukao, Y., Aoyama, T., and Maeshima, M.
  • Organizer: Plant Biology Europe FESPB/EPSO 2014 Congress
  • Place of Presentation: Doublin, Irland
  • Year and Date: 2014-06-21 – 2014-06-27