選択的オートファジーによる植物ペルオキシソームの品質管理機構の解明

• Project/Area Number: 12J05852
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 植物分子生物・生理学
• Research Institution: The Graduate University for Advanced Studies
• Principal Investigator: 柴田 美智太郎 総合研究大学院大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2012 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: ペルオキシソーム / オートファジー / ペキソファジー / シロイヌナズナ / 品質管理

Research Abstract

私たちはペルオキシソームの細胞内局在に着目し、野生株とは異なった局在を示す変異株の選抜を行ってきた。そして、peup1 (peroxisome unusualpositioning 1)と名付けた変異株の解析を通して、オートファジーという細胞内の分解系が植物においてはペルオキシソームの品質管理機構として機能しているという仮説を立てた。
当該年度では、オートファゴソームマーカーであるATG8と蛍光タンパク質mCherryと融合させたコンストラクトを作成し、それをペルオキシソーム可視化植物体GFP-PTS1株に導入することでオートファゴソームとペルオキシソームとを同時に観察することに成功した。そして、オートファジーが酸化的になったペルオキシソームに対して選択的に機能することを見出した。これらの結果は、酸化的、すなわち機能が低下したペルオキシソームのみがオートファジーによって細胞内から除去されていることを示している。つまり、オートファジーがペルオキシソームの品質管理機構として機能していることを示唆している。
これらの成果は、本研究最大の目的であった「オートファジーによるペルオキシソーム分解は異常なペルオキシソームに対して特異的であるか?」という問いに直接的に答えを示すものである。さらにこの成果は、シロイヌナズナにおいてペルオキシソームがオートファジーによって分解されていることを具体的に示した初めての例である上に、酸化還元状態を指標としてオートファジーによる分解が選択的であることを示した点は、「どのような機構によって異常なペルオキシソームが選択されているのか?」というより上位の問題解決の糸口となるものである。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究方法は当初予定していたものと変更はあったが、当初に設定した「オートファジーによりペルオキシソームの品質がどのように管理されているのか」という問題に対して明確な回答を示すことができたため。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Organ-specific quality control of plant peroxisomes is mediated by autophagy. (2014)
  • Author(s): Yoshimoto, K., Shibata, M., Kondo, M., Oikawa, K., Sato, M., Toyooka, K., Shirasu, K., Nishimura, M., and Ohsumi, Y
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 127 Pages: 1161-1168
  • DOI: 10.1242/jcs.139709
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Highly Oxidized Peroxisomes Are Selectively Degraded via Autophagy in Arabidopsis (2013)
  • Author(s): Shibata, M., Oikawa, K., Yoshimoto, K., Kondo., M., Mano, S., Yamada, K, Hayashi, M, Sakamoto, W., Ohsumi. Y., and Nishimura. M
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 25 Issue: 12 Pages: 4967-4983
  • DOI: 10.1105/tpc.113.116947
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Plant autophagy is responsible for peroxisomal transition and plays an important role in the maintenance of peroxisomal quality
  • Author(s): Shibata, M., Oikawa, K., Yoshimoto, K, Goto-Yamada, S., Kondo, M, Mano, S., Yamada, K., Hayashi, M., Sakamoto, W., Ohsumi, Y., and Nishimura, M
  • Journal Title: Autophagy Volume: (印刷中)
• [Presentation] 酸化的になったペルオキシソームはオートファジーのシステムで分解される (2014)
  • Author(s): 柴田美智太郎, 及川和聡, 吉本光希, 近藤真紀, 真野昌二, 山田健志, 林誠, 坂本亘, 大隅良典, 西村幹夫
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県富山市)
  • Year and Date: 2014-03-20
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるオートファジーは劣化したペルオキシソームを選択的に分解する (2013)
  • Author(s): 柴田美智太郎, 及川和聡, 吉本光希, 近藤真紀, 真野昌二, 山田健志, 林誠, 坂本亘, 大隅良典, 西村幹夫
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド (兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2013-12-04
• [Presentation] シロイヌナズナオートファジー欠損変異株peuplでは不良ベルオキシソームが蓄積する (2013)
  • Author(s): 柴田 美智太郎
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会.
  • Place of Presentation: 岡山大学(岡山県)
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] ペルオキシソームの機能維持における過酸化水素の役割 (2012)
  • Author(s): 柴田 美智太郎
  • Organizer: 植物の環境感覚 第3回若手の会
  • Place of Presentation: 浜名湖カリアツク(静岡県)
  • Year and Date: 2012-10-16