高等植物におけるペルオキシソーム機能分化の可逆性

• 研究課題/領域番号: 15207005
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物生理・分子
• 研究機関: 基礎生物学研究所 (2004-2005); 岡崎国立共同研究機構 (2003)
• 研究代表者: 西村 幹夫 基礎生物学研究所, 高次細胞機構研究部門, 教授 (80093061)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 49,530千円 (直接経費: 38,100千円、間接経費: 11,430千円); 2005年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円); 2004年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円); 2003年度: 23,270千円 (直接経費: 17,900千円、間接経費: 5,370千円)
• キーワード: ペルオキシソーム / グリオキシソーム / シロイヌナズナ / ミトコンドリア / オルガネラ分化 / apm変異体 / ペルオキシン / タンパク質輸送 / ペルオキシソーム形成 / ペルオキシソーム形成因子 / PTS1タンパク質輸送 / PTS2タンパク質輸送 / ペルオキシソームの分裂 / ミトコンドリアの分裂 / DRP3A / プロテオーム / トランスクリプトーム / 緑葉ペルオキシソーム

研究概要

植物のペルオキシソーム機能分化を解明する目的で、グリオキシソーム及び緑葉ペルオキシソームを単離し、そのプロテオーム解析とペルオキシソーム局在タンパク質遺伝子のトランスクリプトーム解析から、植物のペルオキシソーム機能分化の様式が明らかとなった。
ペルオキシソーム形成が異常になったシロイヌナズナの変異体(apm変異株)を解析することにより、ペルオキシソーム形成に関わる因子を同定し、ペルオキシソーム形成因子から可逆的オルガネラ分化転換に働く分子メカニズムの解明を目指した。
apm1変異体のペルオキシソームは、糸のような細長い構造をとっており、細胞内の数も減少する。このことからapm1変異体は、ペルオキシソームの分裂が抑制された変異体であると考えられた。この変異体において、ミトコンドリアは巨大化しており、このapm1変異がペルオキシソームの分裂のみならず、ミトコンドリアの分裂も抑制していることが明らかとなった。apm1変異は劣性であり、その原因遺伝子を同定したところ、APM1遺伝子はダイナミンファミリーのタンパク質の1つ、DRP3Aをコードしていた。この結果からapm1変異体の原因遺伝子がDRP3Aであること、同一のDRP3A分子がペルオキシソームとミトコンドリアの両オルガネラの分裂に関与していることが初めて明らかにされた。
apm2およびapm4変異体はともにGFPの蛍光がペルオキシソームのみならずサイトゾルでも観察される。このことからapm2およびapm4の原因変異体は、PTS1タンパク質の輸送経路に異常をきたしている。マッピングを行ったところAPM2とAPM4遺伝子は、ペルオキシソーム形成因子の一つであるPEROXIN13(PEX13)とPEX12をコードしていることが明らかとなった。APM2およびAPM4とGFPとの融合遺伝子を一過的に発現させたところ、共にペルオキシソーム膜上に局在した。これらの結果からAPM2/PEX13とAPM4/PEX12はペルオキシソーム膜上でPTS1およびPTS2両輸送経路に関わる因子であることが明らかとなり、可逆的ペルオキシソーム分化を支えるタンパク質輸送機構の分子メカニズムの1つが明らかにされた。

研究成果

• [雑誌論文] Differential contribution of two peroxisomal protein receptors to the maintenance of peroxisomal functions in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Makoto Hayashi
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 14829-14835
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The involvement of tonoplast proton pumps and Na^+(K^+)/H^+ exchangers in the change of pental color during flower-opening of morning glory, Ipomoea tricolor cv. Heavenly Blue. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kumi Yoshida
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 407-415
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Peroxisomal localization of a myosine XI isoform Arabidopsis thaliana. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kohsuke Hashimoto
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 782-789
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Vacuolar processing enzyme is essential for microtoxin-induced cell death in Arabidopsis thaliana. (2005)
  • 著者名/発表者名: Miwa Kuroyanagi
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 32914-32920
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A defect in glyoxysomal fatty acid β-oxidation reduces jasmonic acid accumulation in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Meshack Afitlhile
  • 雑誌名: Plant Physiol. Biochem. 43 ページ: 603-609
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Differential contribution of two peroxisomal protein receptors to the maintenance of peroxisomal functions in Arabidopsis (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., K.Nito, M.Yagi, T.Kamada, M Nishimura
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 14829-14835
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The involvement of tonoplast proton pumps and Na+(K+)/H+ exchangers in the change of petal color during flower-opening of morning glory, Ipomoea tricolor cv.Heavenly Blue. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K., M.Kawachi, M.Mori, M.Maeshima, M.Kondo, M.Nishimura, T.Kondo
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 407-415
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Peroxisomal localization of a myosin XI isoform in Arabidopsis thaliana. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, K., H.lgarashi, S.Mano, M.Nishimura, T.Shimmen, E.Yokota
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 782-789
  • NAID: 10015662044
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Vacuolar processing enzyme is essential for microtoxin-induced cell death in Arabidopsis thaliana. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kuroyanagi, M., K.Yamada, N.Hatsugai, M.Kondo, M.Tazawa, M.Nishimura, I.Hara-Nishimura
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 32914-32920
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A defect in glyoxysomal fatty acid β-oxidation reduces jasmonic acid accumulation in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Afitlhile, M.M., H.Fukushige, M.Nishimura, D.Hildebrand
  • 雑誌名: Plant Physiol.Biochem. 43 ページ: 603-609
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Differential contribution of two peroxisomal protein receptors to the maintenance of peroxisomal functions in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 14829-14835
• [雑誌論文] The involvement of tonoplast proton pumpsand Na+(K+)/H+ exchange in the change of petal color during flower-opening of morning glory, Ipomoea tricolor cv. Heavenly Blue. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 407-415
• [雑誌論文] Peroxisomal localization of a myosin XI isoform in Arabidopsis thaliana. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 782-789
• [雑誌論文] Vacuolar processing enzyme is essential for microtoxin-induced cell death in Arabidopsis thaliana. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kuroyanagi, M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 32914-32920
• [雑誌論文] A defect in glyoxysornal fatty acid b-oxidation reduces jasmonic acid accumulation in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Afitlhile, M.M.
  • 雑誌名: Plant Physiol.Biochem. 43 ページ: 603-609
• [雑誌論文] An Arabidopsis dynamin-related protein, DRP3A, control both peroxisomal and mitochondrial division. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shoji Mano
  • 雑誌名: Plant J. 38 ページ: 487-498
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cryptochromes and phytochromes synergetically regulate the Arabidopsis root greening under blue light. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Usami
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45 ページ: 1798-1808
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] An Arabidopsis dynamin-related protein, DRP3A, controls both peroxisomal and mitochondrial division. Plant J. 38 : 487-498 (2004) (2004)
  • 著者名/発表者名: Mano, S., C.Nakamori, M.Kondo, M.Hayashi, M.Nishimura
  • 雑誌名: Plant J. 38 ページ: 487-498
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cryptochromes and phytochromes synergetically regulate the Arabidopsis root greening under blue light. (2004)
  • 著者名/発表者名: Usami, T., N.Mochizuki, M.Kondo, M.Nishimura, A.Nagatani
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45 ページ: 1798-1808
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] An Arabidopsis dynamin-related protein, DRP3A, controls both peroxisomal and mitochondrial division. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shoji Mano
  • 雑誌名: Plant J. 38 ページ: 487-498
• [雑誌論文] Cryptochromes and phytochromes synergetically regulate the Arabidopsis root greening. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Usami
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45 ページ: 1798-1808
• [雑誌論文] Functional differentiation of peroxisomes revealed by expression profiles of peroxisomal genes in Arabidopsis thaliana. (2003)
  • 著者名/発表者名: Tomoe Kamada
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 44 ページ: 1275-1289
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Novel glyoxysomal protein kinase, GPK1, identified by proteomic analysis of glyoxysomes in etiolated cotyledons of Arabidopsis thaliana. (2003)
  • 著者名/発表者名: Youichiro Fukao
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 44 ページ: 1002-1012
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of peroxisomal targeting signal of pumpkin catalase and the binding analysis with PTS1 receptor. (2003)
  • 著者名/発表者名: Akane Kamigaki
  • 雑誌名: Plant J. 33 ページ: 161-175
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Existence of catalase-less peroxisomes in Sf21 insect cells. (2003)
  • 著者名/発表者名: Mikinori Kurisu
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 306 ページ: 169-176
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Presence of glyoxylate cycle enzymes in the mitochondria of Euglena gracilis. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kouki Ono
  • 雑誌名: J. Eukaryo. Microbiol. 50 ページ: 92-96
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Entering a new era of research on plant peroxisomes. (2003)
  • 著者名/発表者名: Makoto Hayashi
  • 雑誌名: Curr. Opin. Plant Biol. 6 ページ: 577-582
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Functional differentiation of peroxisomes revealed by expression profiles of peroxisomal genes in Arabidopsis thaliana (2003)
  • 著者名/発表者名: Kamada, T., K.Nito, H.Hayashi, S.Mano, M.Hayashi, M.Nishimura
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 44 ページ: 1275-1289
  • NAID: 10012003547
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Novel glyoxysomal protein kinase, GPK1, identified by proteomic analysis of glyoxysomes in etiolated cotyledons of Arabidopsis thaliana. (2003)
  • 著者名/発表者名: Fukao, Y., M.Hayashi, I.Hara-Nishimura, M.Nishimura
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 44 ページ: 1002-1012
  • NAID: 10011704178
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of peroxisomal targeting signal of pumpkin catalase and the binding analysis with PTS1 receptor. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kamigaki, A., S.Mano, K.Terauchi, Y.Nishi, Y.Tachibe-Kinoshita, M.Kondo, K.Nito, M.Hayashi, M.Nishimura, M.Esaka
  • 雑誌名: Plant J. 33 ページ: 161-175
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Existence of catalase-less peroxisomes in Sf21 insect cells. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kurisu, M., M.Morita, Y.Kashiwayama, S.Yokota, H.Hayashi, Y.Sakai, S.Ohkuma, M.Nishimura, T.Imanaka
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 306 ページ: 169-176
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Presence of glyoxylate cycle enzymes in the mitochondria of Euglena gracilis (2003)
  • 著者名/発表者名: Ono, K., M.Kondo, T.Osafune, K.Miyatake, H.lnui, S.Kitaoka, M.Nishimura, Y.Nakano
  • 雑誌名: J.Eukaryo.Microbiol. 50 ページ: 92-96
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Entering a new era of research on plant peroxisomes. (2003)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., M.Nishimura
  • 雑誌名: Curr.Opin.Plant Biol. 6 ページ: 577-582
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Differential contribution of two peroxisomal protein receptors to the maintenance of peroxisomal functions in Arabidopsis.
  • 著者名/発表者名: Makoto Hayashi
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. in press
• [雑誌論文] The involvement of tonoplast proton pumps and Na+(K+)/H+ exchangers in the change of petal color during flower-opening of morning glory, Ipomoea tricolor cv Heavenly Blu.
  • 著者名/発表者名: Kumi Yoshida
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. in press
• [雑誌論文] Peroxisomal localization of an isofoem of myosin XI, MYA2, in Arabidopsis thaliana.
  • 著者名/発表者名: K.Hashimoto
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. in press
• [図書] Vitamin and Hormones (2005)
  • 著者名/発表者名: Shoji Mano
  • 総ページ数: 43
  • 出版者: Elsevire
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Vitamin and Hormones (2005)
  • 著者名/発表者名: Mano, S.
  • 総ページ数: 43
  • 出版者: Elsevire
• [文献書誌] Shoji Mano: "Dynamin-like protein, ADL2Ap, is involved in both peroxisomal and mitochondrial divisions in Arabidopsis thaliana."Plant J.. in press. (2004)
• [文献書誌] Tomoe Kamada: "Functional differentiation of peroxisomes revealed by expression profiles of peroxisomal genes in Arabidopsis thaliana."Plant Cell Physiol.. 44. 1275-1289 (2003)
• [文献書誌] Youichiro Fukao: "Novel glyoxysomal protein kinase, GPK1, identified by proteomic analysis of glyoxysomes in etiolated cotyledons of Arabidopsis thaliana."Plant Cell Physiol.. 44. 1002-1012 (2003)
• [文献書誌] Mikinori Kurisu: "Existence of catalase-less peroxisomes in Sf21 insect cells."Biochem.Biophys.Res.Commun.. 306. 169-176 (2003)
• [文献書誌] Kouki Ono: "Presence of glyoxylate cycle enzymes in the mitochondria of Euglena gracilis."J.Eukaryo.Microbiol.. 50. 92-96 (2003)
• [文献書誌] Akane Kamigaki: "Identification of peroxisomal targeting signal of pumpkin catalase and the binding analysis with PTS1 receptor."Plant J.. 33. 161-175 (2003)
• [文献書誌] Makoto Hayashi: "Entering a new era of research on plant peroxisomes."Cri.Rev.Plant Sci.. 6. 577-582 (2003)