植物の液胞膜プロトンポンプが支える金属イオン集積機能の分子システム解明

• 研究課題/領域番号: 18380064
• 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: 応用生物化学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 前島 正義 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 教授 (80181577)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 16,950千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 1,950千円); 2007年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2006年度: 8,500千円 (直接経費: 8,500千円)
• キーワード: 金属イオン / 液胞集積 / 亜鉛輸送体 / 金属結合タンパク質 / プロトンポンプ / 亜鉛輸送 / 亜鉛濃度感知 / 液胞膜 / 植物 / 金属耐性 / イオン選択性 / 液胞 / 生体膜エネルギー転換 / イオン輸送 / 亜鉛動態 / カルシウム結合タンパク質

研究概要

2年計画の本研究課題について,本年度は、必須元素カルシウムの細胞質濃度調節を支える液胞膜のCa^<2+>/H^+交換輸送体(CAX)とCa^<2+>結合タンパク質、微量必須元素である亜鉛を液胞に輸送する分子(MTP1)、ならびにそれらをエネルギー的に駆動するH^+-ピロホスファターゼ(H^+-PPase)の生理機能と構造、発現調節を解析した結果、興味ある知見を得た。(1)複数種のCAXの中でもCAXlaが量的、機能的に主要な液胞膜分子種であること、そのCAXla遺伝子は高濃度Ca^<2+>環境で誘導され、Ca^<2+>蓄積能の高い成熟細胞で高発現することを見出し、過剰Ca^<2+>状況への適応に関与していることを解明した。(2)液胞中に存在する新規Ca^<2+>結合タンパク質(RVCaB)を解析し、長い不規則構造とポリプロリンタイプIIと呼ばれる特異な構造を含み、これが多量のCa^<2+>を結合する役割を担っていることを明らかにした。また、Ca^<2+>,Ca^<2+>結合性の新規なタンパク質を見出し、N-ミリストイル化細胞膜に結合し、情報伝達に関わるとの示唆を得た。(3)液胞膜亜鉛輸送体(MTP1)は、その遺伝子欠失株が過剰亜鉛障害(液胞膨潤と細胞死)を示すことから、亜鉛の液胞への蓄積と過剰な亜鉛を細胞質から隔離する機能をもつと推定され、今年度はMTP1が液胞膜のプロトンポンプが形成するpH勾配を利用するZn^<2+>/H^+交換輸送体であることを生化学的に証明し、種々の機能ドメインの解析を進めた。(4)液胞膜H^+-PPaseについては、酵素機能を支える新たなモチーフやアミノ酸残基を決定し、分子モデルを提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Tissue and cell specific localization of rice aquaporins and their water transport activities. (2008)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, J.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 49 ページ: 30-39
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of a tobacco TPK-type K^+ channel as a novel tonoplast K^+ channel using yeast tonoplast. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hamamoto, S.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 1911-1920
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deletion of a histidine-rich loop of AtMTPl, a vacuolar Zn^<2+>/H^+ antiporter of Arabidopsis thaliana, stimulates the transport activity. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kawachi, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 8374-8383
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expanding roles of plant aquaporins in plasma membranes and cell organelles. (2008)
  • 著者名/発表者名: Katsuhara, M.
  • 雑誌名: Functional Plant Biology 35 ページ: 1-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] ER membrane aquaporins in plants. (2008)
  • 著者名/発表者名: Maeshima, M.
  • 雑誌名: Pflugers Archiv (Eur. J. Physiology) 456 ページ: 709-716
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] A hydrophilic cation-binding protein of Arabidopsis thaliana AtPCaPl is localized to plasma membrane via N-myristoylation and association with phosphatidylinositol phosphates, PtdIns(3, 4, 5)P_3 and PtdIns(3, 5)P_2. (2008)
  • 著者名/発表者名: Nagasaki, N.
  • 雑誌名: FEBS Journal 275 ページ: 2267-2282
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] The ABC transporter AtABCB14 is a malate importer and modulates stomatal response to C0_2. (2008)
  • 著者名/発表者名: Lee, M.
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 10 ページ: 1217-1223
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tissue and cell specific localization of rice aquaporins and their water transport activities. (2008)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, J., Ahamed, A., Murai, M., Maeshima, M., Uemura, M.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 49 ページ: 30-39
  • NAID: 10027495009
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of a tobacco TPK-type K^+ channel as a novel tonoplast K^+ channel using yeast tonoplast. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hamamoto, S., Marui, J., Matsuoka, K., Higashi, K., Igarashi, K., Nakagawa, T., Mori, Y, Murata, Y., Nakanishi, Y, Maeshima, M., Yabe, I., Uozumi, N.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 1911-1920
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Expanding roles of plant aquaporins in plasma membranes and cell organelles. (2008)
  • 著者名/発表者名: Katsuhara, M., Hanba, Y, Shiratake, K., Maeshima, M.
  • 雑誌名: Functional Plant Biology 35 ページ: 1-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Deletion of a histidine-rich loop of AtMTPl, a vacuolar Zn^<2+>/H^+ antiporter of Arabidopsis thaliana, stimulates the transport activity. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kawachi, M., Kobae, Y., Mimura, T., Maeshima, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 8374-8383
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ahydrophilic cation-binding protein of Arabidopsis thaliana AtPCaPl is localized to plasma membrane via N-myristoylation and association with phosphatidylinositol phos phates, PtdIns(3,4,5)P_3 and PtdIns(3,5)P_2 (2008)
  • 著者名/発表者名: Nagasaki, N., Tomioka, R., Maeshima, M.
  • 雑誌名: FEBS Journal 275 ページ: 2267-2282
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] ER membrane aquaporins in plants. (2008)
  • 著者名/発表者名: Maeshima, M., Ishikawa, F.
  • 雑誌名: Pflugers Archiv - European Journal of Physiology 456 ページ: 709-716
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The ABC transporter AtABCB14 is a malate importer and modulates stomatal response to CO2. (2008)
  • 著者名/発表者名: Lee, M., Choi, Y, Burla, B., Kim, Y.-Y, Jeon, B., Maeshima, M., Yoo, J.-Y, Martinoia, M., Lee, Y
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 10 ページ: 1217-1223
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Tissue and cell specific localization of rice aquaporins and their water transport activities (2008)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, J.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 49 ページ: 30-39
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of a tobacco TPK-type K^+ channel as a novel tonoplast K^+ channel using yeast tonoplast (2008)
  • 著者名/発表者名: Hamamoto, S.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 1911-1920
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deletion of a histidine-rich loop of AtMTP1, a vacuolar Zn^<2+>/H^+ antiporter of Arabidopsis thaliana, stimulates the transport activity (2008)
  • 著者名/発表者名: Kawachi, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 8374-8383
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expanding roles of plant aquaporins in plasma membranes and cell organelles (2008)
  • 著者名/発表者名: Katsuhara, M.
  • 雑誌名: Functional Plant Biology 35 ページ: 1-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] ER membrane aquaporins in plants (2008)
  • 著者名/発表者名: Maeshima, M.
  • 雑誌名: Pflugers Archiv (Eur. J. Physiology) 456 ページ: 709-716
  • 査読あり
• [雑誌論文] A hydrophilic cation-binding protein of Arabidopsis thaliana AtPCaP1 is localized to plasma membrane via N-myristoylation and association with phosphatidylinositol phosphates, PtdIns(3, 4, 5)P_3 and PtdIns(3, 5)P_2 (2008)
  • 著者名/発表者名: Nagasaki, N.
  • 雑誌名: FEBS Journal 275 ページ: 2267-2282
  • 査読あり
• [雑誌論文] The ABC transporter AtABCB14 is a malate importer and modulates stomatal response to CO_2 (2008)
  • 著者名/発表者名: Lee, M.
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 10 ページ: 1217-1223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptional induction of two genes for CCaPs, novel cytosolic proteins, in Arabidopsis thaliana in the dark. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ide, Y.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 48 ページ: 54-65
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inorganic phosphate uptake in intact vacuoles isolated from suspension cultured cells of Catharanthus roseus (L. )G. Don under varying Pistatus. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi, M.
  • 雑誌名: Planta 225 ページ: 711-718
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vacuolar transporters and their essential role in plant metabolism. (2007)
  • 著者名/発表者名: Martinoia, E.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 58 ページ: 83-102
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular properties of novel, hydrophilic cation-binding proteins associated with the plasma membrane. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ide, Y.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 58 ページ: 1173-1183
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Essential amino acid residues in the central transmembrane domains for energy coupling of the H^+-pyrophosphatase of Streptomyces coelicolor A3(2) determined by random and site-directed mutagenesis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirono, M.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta-Bioenergetics 1767 ページ: 930-939
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of amino acid residues participating in the energy coupling and proton transport of Streptomyces coelicolor A3 (2) H^+-pyrophosphatase. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirono, M.
  • 雑誌名: Biochimica et Blophysica Acta-Bioenergetics 1476 ページ: 1401-1411
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] RVCaB, a calcium-binding protein in radish vacuoles, is predominantly an unstructured protein with a polyproline type II helix (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishijima, J.
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 142 ページ: 201-211
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] The ABC transporter AtPDR8 is a cadmium extrusion pump conferring heavy metal resistance. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kim, D.
  • 雑誌名: The Plant Journal 50 ページ: 207-218
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptional induction of two genes for CCaPs, novel cytosolic proteins, in Arabidopsis thaliana in the dark (2007)
  • 著者名/発表者名: Ide, Y, Tomioka, R., Ouchi, Y, Kamiya, T., Maeshima, M.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 48 ページ: 54-65
  • NAID: 10018520192
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Inorganic phosphate uptake in intact vacuoles isolated from suspension cultured cells of Catharanthus roseus (L.) G. Don under varying Pi status. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi M., Mimura T., Tsujimura T., Mitsuhashi M., Washitani-Nemoto S., Maeshima M., Martinoia E.
  • 雑誌名: Planta 225 ページ: 711-718
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Vacuolar transporters and their essential role in plant metabolism. (2007)
  • 著者名/発表者名: Martinoia, E., Maeshima, M., Neuhaus, E.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 58 ページ: 83-102
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The ABC transporter AtPDR8 is a cadmium extrusion pump conferring heavy metal resistance. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kim, D., Bovet, L., Maeshima, M., Martinoia, E., Lee, Y.
  • 雑誌名: The Plant Journal 50 ページ: 207-218
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] properties of novel, hydrophilic cation-binding proteins associated with the plasma membrane. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ide, Y, Nagasaki, N., Tomioka, R., Suito, M., Kamiya, T., Maeshima, M.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 58 ページ: 1173-1183
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Essential amino acid residues in the central transmembrane domains for energy coupling of the H^+-pyrophosphatase of Streptomyces coelicolor A3 (2) determined by random and site-directed mutagenesis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirono, M., Nakanishi, Y, Maeshima, M.
  • 雑誌名: Biochimica Biophysica et Acta - Bioenergetics 1767 ページ: 930-939
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] RVCaB, a calcium-binding protein in radish vacuoles, is predominantly an unstructured protein with a polyproline type II helix. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishijima, J., Nagasaki, N., Maeshima, M., Miyano, M.
  • 雑誌名: J. Biochem. (Tokyo) 142 ページ: 142-211
  • NAID: 10020097219
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of amino acid residues participating in the energy coupling and proton transport of Streptomyces coelicolor A3 (2) H^+-pyrophosphatase. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirono, M., Nakanishi, Y, Maeshima, M.
  • 雑誌名: Biochimica Biophysicaet Acta-Bioenergetics 1767 ページ: 1401-1411
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Inorganic phosphate uptake in intact vacuoles isolated from suspension cultured cells of Catharanthus roseus (L.) G. Don under varying Pi status. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi, M.
  • 雑誌名: Planta 225 ページ: 711-718
• [雑誌論文] Molecular properties of novel, hydrophilic cation-binding proteins associated with the plasma membrane. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ide, Y.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany (印刷中)
• [雑誌論文] The ABC transporter AtPDR8 is a cadmium extrusion pump conferring heavy metal resistance. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kim, D.
  • 雑誌名: The Plant Journal (印刷中)
• [雑誌論文] Essential amino acid residues in the central transmembrane domains for energy coupling of the H^+-pyrophosphatase of Streptomyces coelicolor A3(2) determined by random and site-directed mutagenesis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirono, M.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta-Bioenergetics (印刷中)
• [雑誌論文] Expression of the vacuolar Ca^<2+>/H^+ exchanger, OsCAXla, in rice : cell-and age-specificity of expression and enhancement by Ca^<2+>. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kamiya, T.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 47 ページ: 96-106
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immunochemical analysis of aquaporin isoforms in Arabidopsis suspension cultured cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobae, Y.
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 70 ページ: 980-987
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disruption of AtPDR8, a plasma membrane ABC transporter of Arabidopsis, exhibits hypersensitive cell death by pathogen infection. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobae, Y.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 47 ページ: 309-318
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aquaporin NIP2 ; 1 is localized to the ER membrane and shows root-specific accumulation in Arabidopsis thaliana. (2006)
  • 著者名/発表者名: Mizutani, M.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 47 ページ: 1420-1426
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物の金属ストレス回避機構. (2006)
  • 著者名/発表者名: 河内美樹
  • 雑誌名: 化学と生物 44 ページ: 172-177
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Expression of the vacuolar Ca^<2+> /H^<+1> exchanger, OsCAXla, in rice: cell- and age-specificity of expression and enhancement by Ca +. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kamiya, T., Akahori, T., Ashikari, M., Maeshima, M.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 47 ページ: 96-106
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Immunochemical analysis of aquaporin isoforms in Arabidopsis suspension cultured cells (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobae, Y., Mizutani, M., Segami, S., Maeshima, M.
  • 雑誌名: Biosciences, Biotechnology and Biochemistry 70 ページ: 980-987
  • NAID: 10018532678
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Disruption of AtPDR8, a plasma membrane ABC transporter of Arabidopsis, exhibits hypersensitive cell death by pathogen infection. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobae, Y, Yoshioka, H., Sekino, T., Nakagawa, T., Martinoia, E., Maeshima, M.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 47 ページ: 309-318
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Aquaporin N1P2;1 is localized to the ER membrane and shows root-specific accumulation in Arabidopsis thaliana. (2006)
  • 著者名/発表者名: Mizutani, M., Watanabe, S., Nakagawa, T., Maeshima, M.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 47 ページ: 1420-1426
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Expression of the vacuolar Ca^<2+>/H^+ exchanger, OsCAXla, in rice : cell- and age-specificity of expression and enhancement by Ca^<2+>. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kamiya, T.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 47 ページ: 96-106
• [雑誌論文] Subcellular localization of Strboh proteins and NADPH-dependent O^-_2 generating activity in potato tuber tissues. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, M.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 57 ページ: 1373-1379
• [雑誌論文] Aquaporin NIP2;1 is localized to the ER membrane and shows root-specific accumulation in Arabidopsis thaliana. (2006)
  • 著者名/発表者名: Mizutani, M.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 47 ページ: 1420-1426
• [雑誌論文] Anthocyanins from the rhizome of Raphanus sativus, and change in the composition during maturation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Mori, M.
  • 雑誌名: Heterocycles 69 ページ: 239-251
• [学会発表] Structure-function relationship of AtMTP1, a vacuolar Zn^<2+>/H^+ antiport er and defence mode against zinc stress in atmtp1 mutant plant (2008)
  • 著者名/発表者名: Maeshima, M.
  • 学会等名: The GRL Symposium on Phytoremediation
  • 発表場所: POSTECH (Pohang, Korea)
• [学会発表] Functional structure of H^+-pump pyrophosphatase that uses a low cost substrate. (2007)
  • 著者名/発表者名: Maeshima, M.
  • 学会等名: International Symposium on Membrane Trans-port as a Universal Biological Mechanism
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Aquaporins localized to ER membrane in Arabidopsis thaliana. (2007)
  • 著者名/発表者名: Maeshima, M.
  • 学会等名: The 5th International Conference of Aquaporin
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Functional structure of H*pump pyrophosphatase that uses a low cost substrate. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirono, M., Mimura, H., Segami, S., Nakanishi, Y., Maeshima, M.
  • 学会等名: International Symposium on Membrane Transport as a Universal Biological Mechanism.
  • 発表場所: Kyoto, Japan.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Aquaporins localized to ER membrane in Arabidopsis thaliana. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, F., Mizutani, M., Watanabe, S., Maeshima, M.
  • 学会等名: The 5th International Conference of Aquaporin.
  • 発表場所: Nara, Japan.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://kenpro.mynu.jp:8001/scripts/websearch/index.htm?lang=J
• [備考]
  • URL: http://celld.agr.nagoya-u.ac.jp/Cell_Dynamics_HP_J.html