ユビキチンシグナルによる膜交通制御と環境ストレス適応機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17K08190
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用分子細胞生物学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 佐藤 長緒 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (50609724)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: ユビキチンシグナル / 膜交通制御 / 環境ストレス適応 / 細胞生物学 / 環境ストレス

研究成果の概要

本研究では，膜局在型ユビキチンリガーゼATL31が膜交通制御因子SNAREの機能制御に関わるという発見を突破口に，植物の優れた環境ストレス適応機構の解明に取組んだ。膜交通系は，細胞膜上の環境シグナル受容体・伝達因子や輸送体の機能制御に重要な役割を果たす。その一方で，環境シグナルに応じた膜交通系構成因子自体の機能変換に関する知見はほとんど無い。その結果，ATL31がTGNを含む複数の膜コンパートメントに局在すること，ATL31が特定のSNAREタンパク質をユビキチン化することが分かった。また，特定のSNAREタンパク質のユビキチン化状態が環境ストレスに応答して変動することを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の結果，これまで植物において知られていなかった環境ストレス適応の分子機構の一端が明らかになった。細胞内の物質輸送において重要な役割を果たす膜交通系構成因子の翻訳後機能制御の知見はあまり無い。細胞内の物質輸送制御の根幹に関わる因子の翻訳後修飾の存在を突き止めたことで，多様な環境ストレスへの適応戦略の理解につながる可能性がある。今後，作物種等における研究に発展させることで，農業分野へ貢献する研究としたい。

研究成果

• [国際共同研究] Umea Plant Sci. Cent./Swedish Univ.(スウェーデン)
• [国際共同研究] National Centre for Scientific Research/Bordeaux Univ.(フランス)
• [国際共同研究] Umea Plant Sci. Cent./Swedish Univ.(スウェーデン)
• [国際共同研究] CNRS/Bordeaux University(フランス)
• [国際共同研究] Umea Plant Science Center/Swedish University(Sweden)
• [雑誌論文] Protein Phosphorylation Dynamics Under Carbon/Nitrogen-Nutrient Stress and Identification of a Cell Death-Related Receptor-Like Kinase in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Li Xingwen、Sanagi Miho、Lu Yu、Nomura Yuko、Stolze Sara Christina、Yasuda Shigetaka、Saijo Yusuke、Schulze Waltraud X.、Feil Regina、Stitt Mark、Lunn John E.、Nakagami Hirofumi、Sato Takeo、Yamaguchi Junji
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 11 ページ: 377-377
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00377
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Involvement of the membrane-localized ubiquitin ligase ATL8 in sugar starvation response in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Luo Yongming、Aoyama Shoki、Fukao Yoichiro、Chiba Yukako、Sato Takeo、Yamaguchi Junji
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 36 号: 2 ページ: 107-112
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.19.0328a
  • NAID: 130007672660
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2019-06-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of Arabidopsis CCR4-NOT Complexes with Pumilio RNA-Binding Proteins, APUM5 and APUM2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Arae Toshihiro、Morita Kotone、Imahori Riko、Suzuki Yuya、Yasuda Shigetaka、Sato Takeo、Yamaguchi Junji、Chiba Yukako
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 9 ページ: 2015-2025
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sugar-responsive transcription factor bZIP3 affects leaf shape in Arabidopsis plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Sanagi Miho、Lu Yu、Aoyama Shoki、Morita Yoshie、Mitsuda Nobutaka、Ikeda Miho、Ohme-Takagi Masaru、Sato Takeo、Yamaguchi Junji
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 35 号: 2 ページ: 167-170
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.18.0410a
  • NAID: 130007393774
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2018-06-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Methods for Elucidation of Plant Senescence in Response to C/N-Nutrient Balance (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoyama Shoki、Yamaguchi Junji、Sato Takeo
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1744 ページ: 151-159
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7672-0_14
  • ISBN: 9781493976706, 9781493976720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct transcriptional activation of BT genes by NLP transcription factors is a key component of the nitrate response in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato, T., Maekawa, S., Konishi, M., Yoshioka, N., Sasaki, Y., Maeda, H., Ishida, T., Kato, Y., Yamaguchi, J. and Yanagisawa, S.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 483 号: 1 ページ: 380-386
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.12.135
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Arabidopsis CBL-interacting protein kinases regulate carbon/nitrogen-nutrient response by phosphorylating ubiquitin ligase ATL31. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuda S, Aoyama S, Hasegawa Y, Sato T, Yamaguchi J
  • 雑誌名: Mol. Plant 巻: 10 号: 4 ページ: 605-618
  • DOI: 10.1016/j.molp.2017.01.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ubiquitin related enzymes and plant-specific ubiquitin ligase ATL family in tomato plants (2017)
  • 著者名/発表者名: Li Xingwen、Hasegawa Yoko、Lu Yu、Sato Takeo
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 34 号: 2 ページ: 71-78
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.17.0306a
  • NAID: 130006789285
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Membrane-localized ubiquitin ligase ATL15 functions in sugar-responsive growth regulation in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoyama Shoki、Terada Saki、Sanagi Miho、Hasegawa Yoko、Lu Yu、Morita Yoshie、Chiba Yukako、Sato Takeo、Yamaguchi Junji
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 491 号: 1 ページ: 33-39
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.07.028
  • 査読あり
• [学会発表] 膜交通制御因子のユビキチン化と植物の環境ストレス適応機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤長緒，長谷川陽子，Yongming Luo, 山口淳二
  • 学会等名: 第61会日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] TGN/EE SNARE Associated with Ubiquitin Ligase ATL31 Functions in Carbon/Nitrogen-Nutrient Response in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Hasegawa Y, Fujimaki A, Mukuta K, Uemura T, Nakano A and Yamaguchi J
  • 学会等名: International Symposium on the Nitrogen Nutrition of Plants 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 窒素栄養シグナルによる転写因子の翻訳後修飾と花成制御機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤長緒，眞木美帆，久保晃生，山口淳二
  • 学会等名: 第37回日本植物細胞分子生物学会大会・シンポジウム
• [学会発表] Arabidopsis CIPK protein kinases regulate carbon/nitrogen-nutrient response by phosphorylating membrane-localized ubiquitin ligase ATL31 (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Luo Y, Yasuda S, Hasegawa Y and Yamaguchi J
  • 学会等名: International Workshop on Plant Membrane Biology 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 窒素栄養応答性の花成制御に関与する転写因子の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤長緒, 眞木美帆，青山翔紀，伊藤照悟，阿部光知，今泉貴登，山口淳二
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 窒素栄養に応答した花成制御に関与する転写因子の単離と機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤長緒，眞木美帆，青山翔紀，山口淳二
  • 学会等名: 日本植物細胞分子生物学会（金沢）大会・シンポジウム
• [学会発表] ユビキチンシグナルによる細胞内膜交通制御と植物の環境応答 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤長緒, 長谷川陽子，山口淳二
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 糖シグナルによる植物の栄養成長と病原体抵抗性のトレードオフ制御機 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤長緒, Xingwen Li, 山口淳二
  • 学会等名: 日本植物細胞分子生物学会（さいたま）大会・シンポジウム
• [学会発表] 糖・窒素栄養による植物の成長相転換制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤長緒
  • 学会等名: 第3回 植物の栄養研究会
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/