• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

カルシウムシグナリングはなぜ多様性を発揮できるのか:情報変換分子の解明

Research Project

Project/Area Number 19K22276
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
Research InstitutionChubu University

Principal Investigator

前島 正義  中部大学, 応用生物学部, 教授 (80181577)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords情報変換 / 細胞膜 / カルシウムシグナル / 脂質シグナル / カルシウムシグナリング / 脂質シグナリング / 水分屈性 / イノシトールリン酸
Outline of Research at the Start

「カルシウムシグナリングはなぜ多様性を発揮できるのか」の解明を目標とする。情報シグナリングはCa、cAMP、情報脂質が仲介し、時空間特異的に情報を伝える。とくにCa は主役である。植物では光・ホルモン・病理・重力屈性等、Ca介在反応は多様である。申請者らが見出した細胞膜結合型Ca結合タンパク質PCaPを研究対象とする。PCaPのN端領域はCaM/Caとホスファチジルイノシトールリン酸 (PIP) に拮抗的に結合し、CaM/Caが形成されると、PIPはPCaP1から遊離する。PCaPがCaシグナルを脂質シグナルに変換するハブ機能を果たしている可能性がある。この点を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

生命科学の難問である「カルシウムシグナリングはなぜ多様性を発揮できるのか?」を解くことを目標としている。細胞情報シグナリングは、カルシウム、cAMP、イノシトールリン脂質が主役となり、状況に応じて時空間特異的に情報を的確に伝える。中でもCaは二次メッセンジャーとして重要である。細胞質Caは極めて低い濃度に精密に維持され、Ca濃度の一過的な上昇により、例えばカルモジュリンがCaと複合体を形成してキナーゼを活性化し、標的タンパク質の機能を調節する。植物では、光・ホルモン・病理・機械刺激応答、重力屈性等、Caが介在する反応は多様である。では、なぜCaの濃度変化は多様な応答を引き起こすことができるのだろうか? この問に関連する分子として細胞膜結合型Ca結合タンパク質PCaPを見出した。このPCaPは、CaM/Caとホスファチジルイノシトールリン酸(PIP)に拮抗的に結合し、CaM/Caが形成されると、PCaPは結合していたPIPを遊離する。PCaPが、Caシグナルを脂質シグナルに変換するハブ機能を果たしている可能性が高い。カルシウムシグナリングの多様性の分子機構解明につながると期待しつつ、下記の実験を進めた。
(1)シロイヌナズナのPCaP1遺伝子欠失株では根の水分屈性が低下することを見出し、根の特定の細胞でのPCaPの細胞内局在性が顕著に変化すること、そして水分屈性に関わるMIZ1遺伝子との関連等の知見をまとめて論文発表した。
(2)PCaPと相互作用する情報脂質分子を可視化するための蛍光プローブ導入株の作出を進めている。
(3)シロイヌナズナに加えて、コケ植物にもPCaP類縁分子が存在することを遺伝子レベルで見出した。その遺伝子欠失株では、植物体の形態的変化(表現型)が著しく、新たな研究対象植物に加えた。この分子の挙動を明らかにし、相互作用分子を解明するために特異抗体を調製した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初予定していた3課題、すなわち(1)PCaPと相互作用するタンパク質分子の同定、(2)PCaP分子と相互作用する脂質シグナル分子の可視化と解析、(3)PCaPの水分屈性への寄与の解明、について、それぞれ当初の予定通り進めることができた。また、PCaPに対する抗体は極めて特異性が高く、今後の研究に活用できるものであった。

Strategy for Future Research Activity

研究課題としている3課題について、下記のように進めていきたい。
(1)PCaPと相互作用するタンパク質分子の同定: 植物組織から細胞膜を含む膜画分と可溶性画分を調製し、免疫共沈法、酵母ツーハイブリット法、免疫ブロット法等を駆使して、候補分子を探索し、分子の特定につなげる。特定できた場合は、分子同士の結合特性を明らかにする。
(2)PCaP分子と相互作用する脂質シグナル分子の可視化と解析: 現在進めているPCaP欠失株と脂質シグナル分子(PIP)可視化株の掛合せ株から、ホモラインを選抜して、野生株とPCaP欠失株とで、脂質シグナル分子の挙動の差異を比較検討し、PCaPの作動機構の解明の主要な知見とする。
(3)PCaPの水分屈性への寄与の解明: 上記の変異株も用いて、水分屈性に対するPCaPの寄与について、さらに多くの知見を蓄積し、再度、水分屈性を専門とする研究者との共同研究を進める。

Report

(1 results)
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(12 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (5 results)

  • [Int'l Joint Research] Sapienza University(イタリア)

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Journal Article] Arabidopsis PCaP2 modulates the phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate signal on the plasma membrane to attenuates root hair elongation.2019

    • Author(s)
      Kato, M., Tsuge, T., Maeshima, M., and Aoyama, T.
    • Journal Title

      The Plant Journal

      Volume: 99 Pages: 610-625

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Plasma membrane-associated Ca2+-binding protein PCaP1 is involved in root hydrotropism of Arabidopsis thaliana.2019

    • Author(s)
      Tanaka-Takada N, Kobayashi A, Takahashi H, Kamiya T, Kinoshita T, Maeshima M.
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: - Pages: 0-0

    • DOI

      10.1093/pcp/pcz042

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A cell-wall protein SRPP provides physiological integrity to the Arabidopsis seed2019

    • Author(s)
      Uno Hiroshi、Tanaka-Takada Natsuki、Hattori Momoko、Fukuda Mayu、Maeshima Masayoshi
    • Journal Title

      Journal of Plant Research

      Volume: 132 Pages: 145-154

    • DOI

      10.1007/s10265-018-01083-6

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Polar vacuolar distribution is essential for accurate asymmetric division of Arabidopsis zygotes2019

    • Author(s)
      Kimata Y., Kato T., Higaki T., Kurihara D., Yamada T., Segami S., Morita M. T., Maeshima M., Hasezawa S., Higashiyama T., Tasaka M., Ueda M.
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A.

      Volume: 116 Pages: 2338-2343

    • DOI

      10.1073/pnas.1814160116

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Excess pyrophosphate within guard cells delays stomatal closure.2019

    • Author(s)
      Asaoka M, Inoue S, Gunji S, Kinoshita T, Maeshima M, Tsukaya H, Ferjani A.
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 60 Pages: 875-887

    • DOI

      10.1093/pcp/pcz002

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The ER-localized aquaporin SIP2;1 is involved in pollen germination and pollen tube elongation in Arabidopsis thaliana2019

    • Author(s)
      Sato Ryosuke、Maeshima Masayoshi
    • Journal Title

      Plant Molecular Biology

      Volume: 100 Pages: 335-349

    • DOI

      10.1007/s11103-019-00865-3

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 新規情報伝達タンパク質PCaP1 のメリステム形成への影響2020

    • Author(s)
      田中奈月,水谷未耶,奥田慎平,西浜竜一,河内孝之,前島正義,Liam Dolan
    • Organizer
      日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 細胞膜カルシウム結合分子PCaPを介した細胞内情報の新しい変換機構の解明.2019

    • Author(s)
      田中奈月、小林啓恵、高橋秀幸、Liam Dolan、前島正義
    • Organizer
      日本植物学会第83回大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 時計因子ELF3は胚軸における水輸送調節にどのように関連しているのか?2019

    • Author(s)
      藤田知美、奥村綾子、土平絢子、前島正義、且原真木、奈良久美
    • Organizer
      日本植物学会第83回大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] GFPやTagRFPによるオイルボディ・液胞形態と植物生長への人為的影響.2019

    • Author(s)
      瀬上紹嗣、島田貴士、嶋田知生、西村いくこ、前島正義
    • Organizer
      日本植物学会第83回大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Live-cell imaging of the polarization dyanamics of plant zygote: polar vacuolar distribution is essential for accurate asymmetric division.2019

    • Author(s)
      Ueda, M., Kimata, Y., Kato, T., Higaki, T., Kurihara, D., Segami, S., Terao-Morita, M., Maeshima, M., Hasezawa, S., Higashiyama, T.
    • Organizer
      The 42nd Annual Meeting of the Molecular Biology Scociety of Japan
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi