未知なるオルガネラ“トランスゴルジ網（ＴＧＮ）”の動的解析と生理学的意義の解明

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25840100
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 植村 知博 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (90415092)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: TGN / ライブイメージング / シロイヌナズナ / SNARE

Research Abstract

トランンスゴルジ網（TGN）は、ゴルジ体のトランス槽の外側に存在する網目状の構造体で、ゴルジ体を通過したタンパク質が機能すべき場所に正しく輸送されるための選別を行うオルガネラである。植物細胞では、TGNは初期エンドソームとしても機能するという報告もあり、植物はポストゴルジ膜交通網やオルガネラ機能を動物や酵母とは独立して発達させてきたと考えられている。そのため、植物のTGNの構造・機能を理解することは、植物細胞生物学分野において非常に重要な課題の一つであり、本年度はTGNのダイナミクスの解析を行った。
当研究室で開発された超解像ライブイメージン顕微鏡（SCLIM: super-resolution confocal live imaging microscopy）を用いてシロイヌナズナの根のTGNの動態の観察を行った結果、TGNはゴルジ体のトランス槽側に存在するGA-TGN (Golgi-associated TGN)とゴルジ体とは独立して存在するGI-TGN (Golgi-released independent TGN)の２種類が存在することを発見した。また、GI-TGNはGA-TGNの一部が解離することによって形成されることを4Dイメージンによって明らかにした。さらに、GA-TGNとGI-TGNの数は植物の組織によって大きく異なることから、「植物のTGNは細胞の分化状態や組織によってその挙動と機能を大きく変える」ことを見いだした。また、うどん粉病菌応答における重要な因子VAMP721がTGNによってその局在を制御されていることを見出した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

ライブイメージングによるゴルジ体とTGNダイナミクスの解析については、論文発表を行うことができ、当初の計画以上に進展することができた。また、うどん粉病菌応答におけるTGNの役割についての新たな知見を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

今後は、TGNとエンドソーム・TGN同士のダイナミクスについて超解像ライブイメージング顕微鏡を用いて観察し、植物のポストゴルジオルガネラの動態の解明を目指す。また、ストレス応答（特に病原菌応答に注目して）におけるTGNの役割の解明を目指す。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

当初の計画していた実験が大幅に遅れサンプルの作成に時間がかかってしまったため。
研究が実施できる準備が整ったため、実験補助員を雇用して遅れた研究を遂行する。

Research Products

• [Journal Article] Dynamic behavior of the trans-Golgi network in root tissues of Arabidopsis revealed by super-resolution live imaging. (2014)
  • Author(s): *Uemura, T., Suda, Y., Ueda, T. and Nakano, A.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol., Volume: 55 Pages: 694-703
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu010.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Formation and maintenance of the plant Golgi apparatus. (2014)
  • Author(s): Ito, Y., Uemura, T. and *Nakano A.
  • Journal Title: Intl. Rev. Cell Mol. Biol. Volume: 310 Pages: 221-287
  • DOI: 10.1016/B978-0-12-800180-6.00006-2.
• [Journal Article] A unique HEAT repeat-containing protein SHOOT GRAVITROPISM6 is involved in vacuolar membrane dynamics in gravity sensing cells of Arabidopsis inflorescence stem. (2014)
  • Author(s): Hashiguchi, Y., Yano, D., Nagafusa, K., Kato, T., Saito, C., Uemura, T., Ueda, T., Nakano, A., Tasaka, M and * Morita, MT.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 55 Pages: 811-822
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu020.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The ESCRT-III interacting deubiquitinating enzyme AMSH3 is essential for degradation of ubiquitinated membrane proteins in Arabidopsis thaliana. (2014)
  • Author(s): Katsiarimpa, A., Muñoz, A., Kalinowska, K., Uemura, T., Rojo, E. and Isono, E.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 55 Pages: 727-736
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interactomics of Qa-SNARE in Arabidopsis thaliana. (2014)
  • Author(s): Fujiwara, M., Uemura, T., Ebine, K., Nishimori, Y., Ueda, T., Nakano, A., Sato, MH. and *Fukao, Y.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 55 Pages: 781-789
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu038.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arabidopsis RABA1 GTPases are involved in transport between the trans-Golgi network and the plasma membrane, and are required for salinity stress tolerance. (2013)
  • Author(s): Asaoka, R., Uemura, T., Ito, J., Fujimoto, M., Ito, E., Ueda, T and *Nakano, A.
  • Journal Title: Plant J. Volume: 73 Pages: 240-249
  • DOI: 10.1111/tpj.12023.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RABA members act in distinct steps of subcellular trafficking of the FLAGELLIN SENSING 2 receptor. (2013)
  • Author(s): Choi, S., Tamaki, T., Ebine, K., Uemura, T., Robatzek, S., *Ueda, T. and Nakano, A.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 25 Pages: 1174-1187
  • DOI: 10.1105/tpc.112.108803.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell polarity and patterning by PIN trafficking through early endosomal compartments in Arabidopsis. (2013)
  • Author(s): Tanaka, H., Kitakura, S., Rakusová, H., Uemura, T., Feraru, MI., Rycke, RD, Robert, S., Kakimoto, T. and *Friml, J.
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 9 Pages: e1003540
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1003540.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New insights into the role of Arabidopsis RABA1 GTPases in salinity stress tolerance. (2013)
  • Author(s): Asaoka, R., Uemura, T., Nishida, S., Fujiwara, T., Ueda, T. and *Nakano, A
  • Journal Title: Plant Signal Behav Volume: 8 Pages: e25377
  • DOI: 10.4161/psb.25377.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Plant TGNs: dynamics and physiological functions. (2013)
  • Author(s): Uemura, T and Nakano, A.
  • Journal Title: Histochem Cell Biol Volume: 140 Pages: 341-345
  • DOI: 10.1007/s00418-013-1116-7.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physical interaction of floral organs controls petal morphogenesis in Arabidopsis thaliana. (2013)
  • Author(s): Takeda, S., Iwasaki, A., Matsumoto, N., Uemura, T., Tatematsu, K. and *Okada, K.
  • Journal Title: Plant Physiol. Volume: 161 Pages: 1242-1250
  • DOI: 10.1104/pp.112.212084.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The dynamics of trans-Golgi network (TGN) in plants. (2013)
  • Author(s): Tomohiro Uemura
  • Organizer: Golgi Apparatus Symposium
  • Place of Presentation: Bad Ischl, Austria
  • Year and Date: 20130917-20130919
  • Invited