サイトカイニン情報伝達による細胞周期の制御機構

• 研究課題/領域番号: 16370019
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 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: 奈良先端科学技術大学院大学 (2006); 東京大学 (2004-2005)
• 研究代表者: 梅田 正明 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (80221810)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 15,400千円 (直接経費: 15,400千円); 2006年度: 4,600千円 (直接経費: 4,600千円); 2005年度: 4,700千円 (直接経費: 4,700千円); 2004年度: 6,100千円 (直接経費: 6,100千円)
• キーワード: 植物 / 細胞増殖 / 細胞分裂 / 細胞周期 / サイクリン / 植物ホルモン / 形態形成 / 情報伝達 / サイクリン依存性キナーゼ / CDK活性化キナーゼ / サイクリンA / Weelキナーゼ

研究概要

本研究では細胞増殖の活性化に結びつく細胞周期の制御機構に焦点をあてて、その分子ネットワークとサイトカイニン情報伝達との関連性を明らかにすることを目的として研究を行った。まず、CDKをリン酸化し活性化するCDK活性化キナーゼ(CAK)について機能解析を行った。その結果、動物タイプのCAKとしてCDKDが存在する一方、植物特異的なCAKとしてCDKFが機能することを見出した。さらに、CDKFはCDKDをリン酸化し活性化する活性も有することから、植物にはCDKのリン酸化カスケードが存在することが明らかになった。CDKFについてT-DNA挿入変異体の解析を行った結果、細胞分裂の異常とともに細胞伸長の阻害やゲノム倍数性の低下が観察された。分裂酵母の変異体を利用してCDKの活性化因子を探索した結果、Aタイプのレスポンスレギュレーターの一種であるARR4が単離された。今後はCDKFとARR4の関連性を詳細に解析することにより、サイトカイニン情報伝達との関連性が明らかになると期待される。
サイクリンA3(CYCA3)はG1/S期で遺伝子発現のピークをもつ、特異なmitotic cyclinである。シロイヌナズナには4種類のCYCA3遺伝子が存在するが、その中でCYCA3;1とCYCA3;2がサイトカイニン応答性を示すことが明らかになった。各CYCA3はCDKA特異的な活性化能を有し、基質としてRbタンパク質もリン酸化することが明らかになった。一方、サイクリンDの一種であるサイクリンD4(CYCD4)の過剰発現体では、胚軸の組織培養においてカルス形成が促進されることが明らかになった。これらのサイクリンがサイトカイニンシグナルを受容し、それを細胞周期に伝達する役割を担っていることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Potential roles for autophosphorylation, kinase activity, and abundance of a CDK-activating kinase (Ee;CDKF;1) during growth in leafy spurge. (2007)
  • 著者名/発表者名: Chao, W.S.
  • 雑誌名: Plant Mol. Biol 63 ページ: 365-379
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Potential roles for autophosphorylation, kinase activity, and abundance of a CDK-activating kinase (Ee ; CDKF ; 1) during growth in leafy spurge. (2007)
  • 著者名/発表者名: Chao, W.S., Serpe, M.D., Jia, Y., Shelver, W.L., Anderson, J.V., Umeda, M.
  • 雑誌名: Plant Mol. Biol. 63 ページ: 365-379
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Arabidopsis D-type cyclin CYCD4 controls cell division in the stomatal lineage of the hypocotyl epidermis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kono, A., Umeda-Hara, C., Adachi, S., Nagata, N., Konomi, M., Nakagawa, T., Uchimiya, H., Umeda, M.
  • 雑誌名: Plant Cell. 19 ページ: 1265-1277
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Potential roles for autophosphorylation, kinase activity, and abundance of CDK-activating kinase (Ee;CDKF;1) during growth in leafy spurge. (2007)
  • 著者名/発表者名: Chao, W.S.
  • 雑誌名: Plant Mol. Biol. 63 ページ: 365-379
• [雑誌論文] Expression of B2-type cyclin-dependent kinase is controlled by protein degradation in Arabidopsis thaliana. (2006)
  • 著者名/発表者名: Adachi, S.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 47 ページ: 1683-1686
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Diverse phosphoregulatory mechanisms controlling cyclin-dependent kinase-activating kinases in Arabidopsis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Shimotohno, A.
  • 雑誌名: Plant J. 47 ページ: 701-710
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A distinct type of cyclin D, CYCD4;2, involved in the activation of cell division in Arabidopsis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kono, A.
  • 雑誌名: Plant Cell Rep. 25 ページ: 540-545
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Expression of B2-type cyclin-dependent kinase is controlled by protein degradation in Arabidopsis thaliana. (2006)
  • 著者名/発表者名: Adachi, S., Uchimiya, H., Umeda, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 47 ページ: 1683-1686
  • NAID: 10018809633
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A distinct type of cyclin D, CYCD4,"2, involved in the activation of cell division in Arabidopsis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kono, A., Ohno, R., Umeda-Hara, C., Uchimiya, H., Umeda, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Rep. 25 ページ: 540-545
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Diverse phosphoregulatory mechanisms controlling cyclin-dependent kinase-activating kinases in Arabidopsis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Shimotohno, A., Ohno, R., Bisova, K., Sakaguchi, N., Huang, J., Koncz, C., Uchimiya, H., Umeda, M.
  • 雑誌名: Plant J. 47 ページ: 701-710
  • NAID: 120006537397
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Control of cell division and transcription by cyclin-dependent kinase-activating kinases in plants. (2005)
  • 著者名/発表者名: Umeda, M., Shimotohno, A., Yamaguchi, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 1437-1442
  • NAID: 40006875958
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ectopic endoreduplication caused by sterol alteration results in serrated petals in Arabidopsis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hase, Y.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 56 ページ: 1263-1268
• [雑誌論文] Control of cell division and transcription by cyclin-dependent kinase-activating kinases in plants. (2005)
  • 著者名/発表者名: Umeda, M.
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiology 46 ページ: 1437-1442
  • NAID: 40006875958
• [雑誌論文] The plant-specific kinase CDKF,1 is involved in activating phosphorylation of cyclin-dependent kinase-activating kinases in Arabidopsis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shimotohno, A., Umeda-Hara, C., Bisova, K., Uchimiya, H., Umeda, M.
  • 雑誌名: Plant Cell. 16 ページ: 2954-2966
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The plant-specific kinase CDKF;1 is involved in activating phosphorylation of cyclin-dependent kinase-activating kinases in Arabidopsis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shimotohno, A.
  • 雑誌名: The Plant Cell 16 ページ: 2954-2966