環境ストレス応答におけるポストゴルジオルガネラのダイナミクスと生理的意義の解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
• Project/Area Number: 25120706
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• 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: SNARE / シロイヌナズナ / 膜交通 / TGN

Research Abstract

膜交通は、タンパク質などを細胞内の正しい場所へと輸送するために必須の機構であり、細胞の多様な機能を発現するうえでも重要な役割を果たしている。本研究では、環境ストレスに対するポストゴルジオルガネラのダイナミクスを、ライブイメージングにより徹底的に明らかにする。また、外部環境刺激の「受容」や刺激に対する「応答」と膜交通の接点で機能する因子を、膜交通関連変異体の外部環境刺激への応答を詳細に調べることにより探索する。これにより、ポストゴルジ膜交通の環境刺激応答における役割を明らかにすることを目指す。
本年度は、ストレス応答におけるオルガネラダイナミクスの観察を行った。その結果、高塩ストレス下ではTGNが多くの小胞を形成していることが示唆された。また、TGN機能が損なわれたsyp4変異体ではNHX6の細胞内局在が異常になることから、syp4変異体が高塩ストレスに弱くなる原因の一つとしてNHX6が正しく局在できないために細胞内の塩濃度を調整できないことが考えられた。うどん粉病菌に対しても、syp4変異体では分泌小胞の挙動が異常になっていることも見いだしている。これらの結果から、TGNがストレス応答における重要なオルガネラであると考えている。
また、ストレス環境下でのポストゴルジオルガネラのダイナミクスをライブイメージングにより明らかにするための観察システムの構築もおこなった。高速撮影が可能なニポウディスク方式の倒立共焦点レーザー顕微境に多点画像取得機能と自動フォーカス機能を搭載したシステムを構築した。しかしながら、根などの厚みのあるサンプルでの長時間イメージンについてはまだ良い結果が得られておらず現在改良中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

高塩ストレス化でTGNが小胞化するという新規の発見は、塩ストレス応答における膜交通の役割を考えていくなかで非常に重要な発見であった。また、積み荷タンパク質の候補としてNHX6を同定したことは当初の予定よりも早く研究が進んだ成果である。

Strategy for Future Research Activity

今後は、環境ストレス応答前と応答後のオルガネラの挙動についてSCLIMを用いて観察することで微細なオルガネラ動態の解析を目指す。また、長時間ライブイメージングの観察システムを構築することで、どのようにオルガネラが変化していくかについて解析を行う。また、TGNが関与する塩ストレス応答の実行因子としてNHX6がどのように機能しているかについて詳細に解析を行う。TGNが担う環境ストレス下での葉緑体機能の発現維持機構の解明に向けて、ストレス条件下で生育させた際にsyp4変異体の葉の黄化・白化の表現形が抑圧される変異体いついて、遺伝子マッピングもしくは次世代シーケンサーにより原因遺伝子の同定を目指す。

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
• [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] 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.
  • 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] 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
• [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
• [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