貯蔵タンパク質の大量集積を支える新規の輸送系

• 研究課題/領域番号: 12138205
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 西村 いくこ 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00241232)
• 研究分担者: 林 誠 京都大学, 岡崎国立共同研究機構・基礎生物学研究所, 助教授 (50212155)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 63,900千円 (直接経費: 63,900千円); 2003年度: 21,300千円 (直接経費: 21,300千円); 2002年度: 21,300千円 (直接経費: 21,300千円); 2001年度: 21,300千円 (直接経費: 21,300千円)
• キーワード: 細胞内輸送 / 液胞 / 種子 / PAC小胞 / 貯蔵タンパク質 / 小胞輸送 / 液胞選別輸送シグナル / 選別輸送レセプター / タンパク質輸送 / 液胞プロセシング酵素 / 種子貯蔵タンパク質 / タンパク質貯蓄型液胞 / 12グロブリン / 2Sアルブミン / 輸送レセプター / EGFモチーフ / タンパク質蓄積型液胞 / GFP

研究概要

高等植物の種子細胞から,一時期に大量に合成される種子の貯蔵タンパク質の集積機構に関与する新規の小胞を発見し,PAC小胞(Precursor-accumulating vesicles)と命名した.この小胞を介する細胞内輸送経路は,ゴルジ体非依存的という点で全く新しい輸送システムからなる.PAC小胞輸送システムは,大量のタンパク質を効率よく液胞へ輸送する系として高等植物種子が獲得してきた機構と考えられる.本研究では,タンパク質の大量発現を支える細胞内小器官に焦点を当て,細胞内で大量に合成されたタンパク質の集積のために誘導される新規の輸送系のための機構を分子レベルで明らかにすることを目標とした.
カボチャPAC小胞より見出した膜タンパク質PV72が貯蔵タンパク質の輸送にどのように関与しているかをin vivoで調べるために,シロイヌナズナのPV72ホモログ欠損変異体を単離し解析した.シロイヌナズナにはPV72ホモログをコードする遺伝子が7つ存在し,これらをAtVSR1〜AtVSR7と命名した.このうちAtVSR1遺伝子(At3g52850)のT-DNA挿入変異体の種子では,主要な貯蔵タンパク質である12Sグロブリンと2Sアルブミンの前駆体が大量に蓄積し,成熟型の貯蔵タンパク質の減少が見られた.他の6つの変異体ではこのような表現型は見られなかった.電子顕微鏡観察の結果,AtVSR1欠損変異体では大量の貯蔵タンパク質が細胞外に分泌されていることが判明した.アフィニティーカラムを用いた解析より,AtVSR1がブラジルナッツ2Sアルブミンの液胞輸送シグナルやシロイヌナズナ12SグロブリンのC末端ペプチドに結合能をもつことが分かった.以上の結果から,AtVSR1が貯蔵タンパク質の液胞選別輸送シグナルを認識し,蓄積の場への輸送を担っていることが明らかになった.

研究成果

• [文献書誌] Hayashi, M.et al.: "AtPex14 maintains peroxiso m al functiops by determining protein targeting to three kinds of plant peroxisomes."EMBO J.. 19. 5701-5710 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Mitsuhashi, N.et al.: "A novel membrane protein that is transported to protein-storage acuoles via precursor-accumulating vesicles."Plant Cell. 13. 2361-2372 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Watanabe, E.et al.: "Calcium-mediated association of a putative vacuolar sorting receptor PV72 with a propeptide of 2S albumin."J.Biol.Chem.. 277. 8708-8715 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Shimada, T.et al.: "Vacuolar sorting receptor for seed storage proteins in Arabidopsis thaliana."Proc.Natl.Acad.Sci.U S A. 100. 16095-16100 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Shimada, T.et al.: "Vacuolar processing enzymes are essential for proper processing of seed storage proteins in Arabidopsisthahana."J.Biol.Chem.. 278. 32292-32299 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Matsushima, R.et al.: "NAI1 Gene that Encodes a Basic-Helix-Loop-Helix-Type Putative Transcription actor that Regulates the Formation of a Novel ER-Derived Structure, the ER Body"Plant Cell. (in press). (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Mitsuhashi, N., Shimada, T., Mano, S., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "Characterization of organelles in the vacuolar-sorting pathway by visualization with GFP in tobacco BY-2 cells."Plant Cell Physiol.. 41. 993-1001 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] De Bellis, L., Gonzali, S., Alpi, A., Hayashi, H., Hayashi, A., Nishimura M.: "Purification and characterization of a novel pumpkin short-chain acyl-CoA oxidase which structure resembles acyl-CoA dehydrogenase."Plant Physiol.. 123. 327-334 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hayasi, M., Nito, K., Toriyama-Kato, K., Kondo, M., Yamaya, T., Nishimura, M.: "AtPex14 maintains peroxisomal functions by determining protein targeting to three kinds of plant peroxisomes"EMBO J.. 19. 5701-5710 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hayashi, Y., Hayashi, M., Hayashi, H., Hara-Nishimura, I., Nishimura, M.: "Direct interaction between glyoxysomes and lipid bodies in cotyledons of the Arabidopsis thaliana ped1 mutant."Protoplasma. 218. 83-94 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hayashi, Yamada, K., Shimada, T., Matsushima, R., Nishizawa, N., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "A Proteinase-storing body that prepares for cell death or stresses in the epidermal cells of Arabidopsis."Plant Cell Physiol.. 42. 894-899 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Koumoto, Y., Shimada, T., Kondo, M., Hara-Nishimura, I., Nishimura, M.: "Chloroplasts have a novel Cpn10 in addition to Cpn20 as co-chaperonins in Arabidopsis thaliana."J. Biol. Chem.. 276. 29688-29694 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Mitsuhashi, N., Hayashi, Y., Koumoto, Y., Shimada, T., Fukasawa-Akada, T., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "A novel membrane protein that is transported to protein-storage vacuoles via precursor-accumulating vesicles."Plant Cell. 13. 2361-2372 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yamada, K., Matsushima, R., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "A slow maturation of a cysteine protease with a granulin domain in the vacuoles of senescing Arabidopsis leaves."Plant Physiol.. 127. 1626-1634 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nito, K., Yamaguchi, K., Kondo, M., Hayashim M., Nishimuram M.: "Pumpkin peroxisomal ascorbate peroxidase is localized on peroxisomal membranes and unknow membranous structures."Plant Cell Physiol.. 42. 20-27 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Watanabe, E., Shimada, T., Kuroyanagi, M., Nishimura M., Hara-Nishimura I.: "Calcium-mediated association of a putative vacuolar sorting receptor PV72 with a propeptide of 2S albumin."J. Biol. Chem.. 277. 8708-8715 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kuroyanagi, M., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "Activation of Arabidopsis vacuolar processing enzyme by self-catalytic removal of an auto-inhibitory domain of the C-terminal propeptide."Plant Cell Physiol.. 43. 143-151 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Matsushima, R., Hayashi, Y., Kondo, M., Shimada, T., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "An ER-derived structure that is induced under stress conditions in Arabidopsis."Plant Physiol. 130. 1807-1814 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shimada, T., Watanabe, E., Tamura, K., Hayashi, Y., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "A vacuolar sorting receptor on the membrane of PAC vesicles that accumulate precursors of seed storage proteins."Plant Cell Physiol. 43. 1086-1095 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hayashi, H., De Bellis, L., Kato, A., Hayashi, Y., Nito, K., Hayashi, M., Hara-Nishimura I., Nishimura, M.: "Molecular characterization of an Arabidopsis acyl CoA synthetase localized on glyoxysomal membranes."Plant Physiol.. 130. 2019-2026 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hayashi, M., Nito, K., Takei-Hoshi, R., Yagi, M., Kondo, M., Suenaga, A., Yamaya, T., Nishimura, M.: "Ped 3p is a peroxisomal ATP-binding cassete transporter that might supply substrate for fatty acidb-oxidation."Plant Cell Physiol.. 43. 1-11 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Mano, S., Nakamori, C., Hayashi, M., Kato, A., Kondo, M., Nishimura, M.: "Distribution and characterization of peroxisomes in Arabidopsis by visualization with GFP : Dynamic morphology and actin dependent movement."Plant Cell Physiol.. 43. 331-341 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nito, K., Hayashi, M., Nishimura, M.: "Direct interaction and determination of binding domains among peroxisomal import factors in Arabidopsis thaliana."Plant Cell Physiol.. 43. 355-366 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Fukao, Y., Hayashi, M., Nishimura, M.: "Proteomic analysis of leaf peroxisomes in greening cotyledons of Arabidopsis thaliana."Plant Cell Physiol.. 43. 689-686 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shimada, T., Fuji, K., Tamura, K., Kondo, M., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "Vacuolar sorting receptor for seed storage proteins in Arabidopsis thaliana."Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 100. 16095-16100 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shimada, T., Yamada, K., Kataoka, M., Nakaune, S., Koumoto, Y., Kuroyanagi, M., Tabata, S., Kato, T., Shinozaki, K., Seki, M., Kobayashi, M., Kondo, M., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "Vacuolar processing enzymes are essential for proper processing of seed storage proteins in Arabidopsis thaliana."J. Biol. Chem.. 278. 32292-32299 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shirahama-Noda, K., Yamamoto, A., Sugihara, K., Hashimoto, N., Asano, M., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "Biosynthetic processing of the cathepsins and lysosomal degradation are abolished in asparaginyl endopeptidase-deficient mice."J. Biol. Chem.. 278. 33194-33199 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hara-Nishimura, I., Matsushima, R.: "A wound-inducible organelle derived from endoplasmic reticulum : a plant strategy against environmental stresses?"Curr. Opin. Plant Biol.. 6. 583-588 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Matsushima, R., Kondo, M., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "A novel ER-derived compartment, the ER body, selectively accumulates a beta-glucosidase with an ER-retention signal in Arabidopsis."Plant J.. 33. 493-502 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tamura, K., Shimada, T., Ono, E., Tanaka, Y., Nagatani, A., Higashi, S.I., Watanabe, M., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "Why green fluorescent fusion proteins have not been observed in the vaculose of higher plants."Plant J.. 35. 545-555 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Matsushima, R., Hayashi, Y., Yamada, K., Shimada, T., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "The ER body, a novel endoplasmic reticulum-derived structure in Arabidopsis."Plant Cell Physiol.. 44. 661-666 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Fukao, Y., Hayashi, M., Hara-Nishimura, I., Nishimura, M.: "Novel glyoxysomal protein kinase, GPK1, identified by proteomic analysis of glyoxysomes in etiolated cotyledons of Arabidopsis thaliana."Plant Cell Physiol.. 44. 689-696 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Matsushima, R., Fukao, Y., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "NAI1 Gene that Encodes a Basic-Helix-Loop-Helix-Type Putative Transcription Factor that Regulates the Formation of a Novel ER-Derived Structure, the ER Body."Plant Cell, in press. (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yamada, K., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "The slow wound-response of gamma VPE is regulated by endogeneous salicylic acid in Arabidopsis."Planta. 5, 218. 599-605 (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Watanabe, E., Tamura, K., Matsushima, R., Shimada, T., Nishimura, M., Hara-Nishimura, I.: "An ER-localized form of PV72, a seed-specific vacuolar sorting receptor, interferes the transport of an NPIR-containing proteinase in Arabidopsis leaves."Plant Cell Physiol.. 45. 9-17 (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Watanabe, B.: "An ER-localized form of PV72, a seed-specific vacuolar sorting receptor, interferes the transport of an NPIR-containing proteinase in Arabidopsis leaves."Plant Cell Physiol.. 45(1). 9-17 (2004)
• [文献書誌] Yamada, K.: "The slow wound-response of gammaVPE is regulated by endogenous salicylic acid in Arabidopsis."Planta. 218. 599-605 (2004)
• [文献書誌] Shimada, T.: "Vacuolar sorting receptor for seed storage proteins in Arabidopsis thaliana."Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 100. 16095-16100 (2003)
• [文献書誌] Matsushima, R.: "A novel ER-derived compartment, the ER body, selectively accumulates a beta-glucosidase with an ER-retention signal in Arabidopsis."Plant J.. 33. 493-502 (2003)
• [文献書誌] Tamura, K.: "Why green fluorescent fusion proteins have not been observed in the vacuoles of higher plants."Plant J.. 35. 545-555 (2003)
• [文献書誌] Shimada, T.: "Vacuolar processing enzymes are essential for proper processing of seed storage proteins in Arabidopsis thaliana."J.Biol.Chem.. 278. 32292-32299 (2003)
• [文献書誌] Hara-Nishimura, I.: "Asparaginyl endopeptidase"In Handbook of Proteolytic Enzymes, edited by A.J.Barrett, N.D.Rawlings and J.F.Woessner (Academic Press, Longon, UK). (in press).
• [文献書誌] Matsushima, R. et al.: "A novel ER-derived compartment, the ER body, selectively accumulates a β-glucosidase with an ER retention signal in Arabidopsis"Plant J.. 33. 493-502 (2002)
• [文献書誌] 西村いくこ: "高等植物の液胞と細胞内膜系の機能分化"蛋白質・核酸・酵素. 1753-1759 (2002)
• [文献書誌] 西村いくこ: "図解 植物細胞の内膜系の多様性・ダイナミクス"細胞工学別冊,植物細胞工学シリーズ. 17. 9-17 (2002)
• [文献書誌] 嶋田知生, 西村いくこ: "液胞輸送経路の多様性を支える小胞体由来のコンパートメントの分化"細胞工学別冊,植物細胞工学シリーズ. 17. 34-41 (2002)
• [文献書誌] 嶋田知生, 西村いくこ: "液胞"現代植物生理学講座1「植物細胞」,西村幹夫編. 87-96 (2002)
• [文献書誌] Hayashi, H. et al.: "Molecular characterization of an Arabidopsis acyl CoA synthetase localized on glyoxysomal membranes"Plant Physiol. 130. 2019-2026 (2002)
• [文献書誌] Shimada, T. et al.: "A vacuolar sorting receptor on the membrane of PAC vesicles that accumulate precursors of seed storage proteins"Plant Cell Physiol.. 43. 1086-1095 (2002)
• [文献書誌] Matsushima, R. et al.: "An ER-derived structure that is induced under stress conditions in Arabidopsis"Plant Physiol.. 130. 1807-1814 (2002)
• [文献書誌] Kuroyanagi, M. et al.: "Activation of Arabidopsis vacuolar processing enzyme by self-catalytic removal of an auto-inhibitory domain of the C-terminal propeptide"Plant Cell Physiol.. 43. 143-151 (2002)
• [文献書誌] Watanabe, E. et al.: "Calcium-mediated association of a putative vacuolar sorting receptor PV72 with a propeptide of 2S albumin"J.Biol.Chem.. 277. 8708-8715 (2002)
• [文献書誌] Kimura, Y. et al.: "Subcellular localization of endo-beta-N-acetylglucosaminidase and high-mannose type free N-glycans in plant cell"Biochim.Biophys.Acta. 1570. 38-46 (2002)
• [文献書誌] Mitsuhashi, N. 他4名: "Characterization of organelles in the vacuolar-sorting pathway by visualization with GFP in tobacco BY-2 cells"Plant Cell Physiol.. 41. 993-1001 (2000)
• [文献書誌] Minami, Y. 他4名: "Tissue and intracellular localization of indican and the purification and characterization of indican synthase from Indigo plants"Plant Cell Physiol.. 41. 218-225 (2000)
• [文献書誌] Hara-Nishimura, I., M.Maeshima: "Vacuolar processing enzymes and auqaporins"Vacuolar compartments in plants (Schffield Academic Press. London. UK). 20-42 (2000)
• [文献書誌] Mitsuhashi,N. 他4名: "Characterization of organelles in the vacuolar-sorting pathway by visualization with GFP in tobacco BY-2 cells."Plant Cell Physiol.. 41. 993-1001 (2000)
• [文献書誌] Minami,Y. 他4名: "Tissue and intracellular localization of indican and the purification and characterization of indican synthase from Indigo plants."Plant Cell Physiol.. 41. 218-225 (2000)
• [文献書誌] Hara-Nishimura,I.and M.Maeshima: "Vacuolar processing enzymes and auqaporins."Vacuolar compartments in plants (Schffield Academic Press.London.UK). 20-42 (2000)