植物における細胞死制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15770023
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 植物生理・分子
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山田 真紀 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 講師 (10332595)
• 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: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 2005年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2004年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2003年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
• キーワード: 細胞死 / アポトーシス / ストレス応答 / プログラム細胞死 / 環境応答 / カルシウム / 活性酸素 / 小胞体 / シロイヌナズナ / 環境適応

研究概要

本研究では、植物の環境ストレス適応や病原抵抗性と深い関わりを持つAtBI-1(Arabidopsis Bax Inhibitor-1)遺伝子の機能解析を中心に行い、本年度は以下の研究成果を得た。
AtBI-1を過剰発現する植物細胞はサリチル酸、過酸化水素、イモチ病菌由来のエリシターなどが引き起こす細胞死を抑制するが、その際、活性酸素種の生成量には変化をもたらさないことが明らかとなった。すなわち、AtBI-1は過酸化水素が発生した後の過程で働くことにより細胞死を抑制すると考えられた。その過程で関与する因子として、前年度の解析からPmr1やSpf1などのカルシウムポンプの機能がAtBI-1の細胞死抑制活性に必要であることが明らかとなっている。本年度はこのカルシウムポンプの阻害剤であるCPAを用いることにより、AtBI-1の機能についてさらに詳細な解析をおこなった。AtBI-1を過剰発現させた細胞はCPAに対して耐性を示すことが明らかとなった。CPAを植物細胞に処理するとサイトゾルのカルシウム濃度が一過的に上昇し、細胞死が誘導される。AtBI-1を過剰発現させたシロイヌナズナやタバコのBY-2細胞は共にCPAによって引き起こされる細胞死が低いレベルに押さえられていた。また、エクオリンを用いたサイトゾルカルシウムの定量実験により、AtBI-1を過剰発現する細胞内ではカルシウムホメオスタシスが変化していることが示唆された。また、ストレス処理により細胞質に放出されたカルシウムはカルモジュリンと結合して、下流のさまざまな因子の調節を行うことが知られているが、本研究によりAtBI-1がカルモジュリン結合タンパク質であることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Mitochondrial fission regulator, DRP3B does not regulate cell death in plant. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga et al.
  • 雑誌名: Annals of Botany 印刷中
• [雑誌論文] Enhanced difydroflavonol-4-reductase activity and NAD homeostasis leading to cell death tolerance in transgenic rice. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi et al.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 102 ページ: 7020-7025
• [雑誌論文] A novel Arabidopsis gene causes Bax-like lethality in Saccharomyces cerevisiae. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Yamada et al.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 280 ページ: 39468-39473
• [雑誌論文] Functional analysis of Arabidopsis thaliana ethylene-responsive element binding protein, AtEBP, conferring resistance to Bax- and abiotic stress-induced plant cell death. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ogawa et al.
  • 雑誌名: Plant Physiology 138 ページ: 1436-1445
• [雑誌論文] Mitochondrial behavior in the early stages of ROS stress leading to cell death in Arabidopsis thaliana. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga et al.
  • 雑誌名: Annals of Botany 96 ページ: 337-342
• [雑誌論文] Mammalian Bax initiates plant cell death through organelle destruction. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga et al.
  • 雑誌名: Plant Cell Reports 24 ページ: 408-417
• [雑誌論文] Mammalian Bax initiates plant cell death through organelle destruction. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga et al.
  • 雑誌名: Plant Cell Reports (印刷中)
• [雑誌論文] Maize plants mutated in NAD(P)H-dependent HC-toxin reductase gene (Hm1) is vulnerable to H_2O_2 stress. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi et al.
  • 雑誌名: Plant Biotechnology (印刷中)
• [雑誌論文] High throughput metabolome and proteome analysis of transgenic rice plant (Oryza sativa L.). (2005)
  • 著者名/発表者名: Takahashi et al.
  • 雑誌名: Plant Biotechnology (印刷中)
• [雑誌論文] Dissection of Arabidopsis Bax Inhibitor-1 suppressing Bax, hydrogen peroxide and salicylic acid-induced cell death. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Yamada et al.
  • 雑誌名: Plant Cell 16 ページ: 21-32
• [雑誌論文] Bax-induced cell death of Arabidopsis is mediated through reactive oxygen dependent and -independent processes. (2004)
  • 著者名/発表者名: Baek et al.
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 56 ページ: 15-27
• [雑誌論文] Isolation and characterization of Arabidopsis thaliana ISU1 gene. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tone et al.
  • 雑誌名: Biochimica Biophysica Acta 1680 ページ: 171-175
• [産業財産権] AtBI-1を用いた雄性不稔植物の製造方法 (2005)
  • 発明者名: 鳥山欽也, 川邊隆大, 内宮博文, 山田真紀
  • 権利者名: 国立大学法人東北大学
  • 産業財産権番号: 2005-174312
  • 出願年月日: 2005-06-14
• [文献書誌] Matsumura et al.: "Overexpression of Bax-inhibitor suppresses the fungal elicitor-induced cell death in rice (Oryza sativa L.) cells."Plant Journal. 22. 425-434 (2003)
• [文献書誌] Kawai-Yamada et al.: "Dissection of Arabidopsis Bax inhibitor-1 suppressing Bax, hydrogen peroxide and salicylic acid-induced cell death."Plant Cell. 16. 21-32 (2004)