ユビキチン様オートファジー蛋白質との相互作用を介した異常オルガネラ認識機構

• 研究課題/領域番号: 20H03281
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 明治大学
• 研究代表者: 吉本 光希 明治大学, 農学部, 専任教授 (40399316)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2020年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
• キーワード: オートファジー / オルガネラ / 分解 / 品質管理 / 液胞 / 植物

研究開始時の研究の概要

植物は、土中から無機栄養素を吸収し、太陽光のエネルギーを最大限利用して化学エネルギーに変換することで無機物から有機物を獲得する。光合成機能に必要なオルガネラは光合成の過程で絶えずダメージを受けており、それらの品質維持・新陳代謝の破綻は植物を死に導く。申請者は最近、植物が光合成を行なう中でオートファジーを発動し、植物特異的オルガネラの品質管理を行うことで細胞内浄化を図り、恒常性を維持していることを見出している。
本研究では、オートファジーがどの様にして異常な緑葉ペルオキシソームを認識し、それを過不足なく分解するのか、その機構を分子レベルで明らかにすることを目的とする。

研究成果の概要

オートファジーはオルガネラを含む細胞質成分を液胞に送り込み分解する液胞内分解機構の一つである。申請者はこれまでに、植物が光合成を行なう中でオートファジーを発動し、緑葉ペルオキシソームの品質管理を行うことで細胞の恒常性維持に貢献していることを見出したが、オートファジーがどの様にして異常オルガネラを認識し、それを過不足なく分解するのか、その機構は明らかでなかった。本研究課題の目的は、ダメージを受けたオルガネラが、いつ、どのようにして認識されて分解されるのか、そのメカニズムを共免疫沈降実験などにより分子レベルで明らかにすることであり、その結果をもとに緑葉ペルオキシソームの品質管理機構の解明を試みた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

一度大地に芽生えると動くことのできない植物が、過酷な環境に適応するために、細胞内分解系をどのように利用してオルガネラの品質を保っているのかを分子レベルで明らかにすることで、植物の巧みな生存戦略の一端を紐解くことができると考える。さらに、その分子機構を従属栄養生物のそれと比較することは進化を考えるうえでも大変重要で興味深い問題である。また、植物オートファジーの研究からペルオキシソームの品質管理の分子機構に迫る点は独創的であり、学術的意義がある。

研究成果

• [国際共同研究] アルゼンチン国立農牧技術院(アルゼンチン)
• [国際共同研究] アルゼンチン国立農牧技術院(アルゼンチン)
• [国際共同研究] フランス国立農学研究所(フランス)
• [雑誌論文] Pexophagy suppresses ROS-induced damage in leaf cells under high-intensity light (2022)
  • 著者名/発表者名: Oikawa, K., Goto-Yamada, S., Hayashi, Y., Takahashi, D., Kimori, Y., Shibata, M., Yoshimoto, K., Takemiya, A., Kondo, M., Hikino, K., Kato, A., Shimoda, K., Ueda, H., Uemura, M., Numata, K., Ohsumi, Y., Hara-Nishimura, I., Mano, S., Yamada, K., and Nishimura, M.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 7 号: 1 ページ: 7493-7493
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35138-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A proposed role for endomembrane trafficking processes in regulating tonoplast content and vacuole dynamics under ammonium stress conditions in Arabidopsis root cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: Robert, G., Yagyu, M., Lascano, R., Masclaux-Daubresse, C., and Yoshimoto, K.
  • 雑誌名: Plant Signal. Behav. 巻: 16 号: 9 ページ: 1924977-1924977
  • DOI: 10.1080/15592324.2021.1924977
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Autophagy balances the zinc-iron seesaw caused by Zn-stress. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki, D., and Yoshimoto, K.
  • 雑誌名: Trends Plant Sci. 巻: 26 号: 9 ページ: 822-884
  • DOI: 10.1016/j.tplants.2021.06.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ammonium stress increases microautophagic activity while impairing macroautophagic flux in Arabidopsis roots (2021)
  • 著者名/発表者名: Robert, G., Yagyu, M., Koizumi, T., Naya, L., Masclaux-Daubresse, C., and Yoshimoto, K.
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 105 号: 4 ページ: 1083-1097
  • DOI: 10.1111/tpj.15091
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Importance of non-systemic leaf autophagy for suppression of zinc starvation induced-chlorosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki, D., Notaguchi, M., and Yoshimoto, K.
  • 雑誌名: Plant Signal. Behav. 巻: 15 号: 5 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1080/15592324.2020.1746042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Editorial: Organelle autophagy in plant development (2020)
  • 著者名/発表者名: Izumi, M., Yoshimoto, K., and Batoko H.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 11 ページ: 1-2
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00502
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RCB-mediated chlorophagy caused by oversupply of nitrogen suppresses phosphate-starvation stress in plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshitake Yushi、Nakamura Sakuya、Shinozaki Daiki、Izumi Masanori、Yoshimoto Kohki、Ohta Hiroyuki、Shimojima Mie
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 185 ページ: 318-330
  • DOI: 10.1093/plphys/kiaa030
  • 査読あり
• [学会発表] オートファジーと概日時計間の相互作用の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤由花、藤森梢、吉本光希
  • 学会等名: 日本植物学会大会
• [学会発表] 植物におけるミクロオートファジー関連因子の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柳生真子、吉本光希
  • 学会等名: 日本植物学会大会
• [学会発表] 植物における液胞膜動態を介する自己分解機構 “ミクロ”オートファジー関連因子の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柳生真子、吉本光希
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [学会発表] リン酸リサイクルにおけるオートファジーの重要性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉竹悠宇志、吉本光希
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
• [学会発表] アンモニアストレス下におけるマクロ・ミクロオートファジーの膜動態 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉本光希
  • 学会等名: 日本生化学会大会
  • 招待講演