脱ユビキチン化酵素UBP13による植物ホルモン受容体機能制御と栄養応答機構の解明

• 研究課題/領域番号: 21J11970
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分38060:応用分子細胞生物学関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: LUO YONGMING 北海道大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2021-04-28 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: ユビキチンシグナル / 膜交通

研究開始時の研究の概要

植物は細胞内の糖（炭素，C）/窒素（N）の相対量比を感知し，代謝や成長を調節するC/N応答を示す（Coruzzi, Curr. Opin. Plant Biol.2001）。しかし，C/N応答制御の分子機構はまだ不明な点が多い。申請書はこれまでに，脱ユビキチン化酵素UBP13がC/N応答制御に関与し，植物の成長に影響を与えることを見つけた。本研究では，脱ユビキチン化酵素UBP13 による植物ホルモン受容体のタンパク機能制御に着目し，C/N栄養応答が植物成長を制御する分子機構の全容解明を目指す。

研究実績の概要

本研究では，脱ユビキチン化酵素UBP13によるBRI1のエンドサイトーシス制御に着目し，栄養条件に応答した植物の成長制御機構の解明を目指している。これまでの研究から，ユビキチンシグナルによる植物栄養応答制御の重要性，特に脱ユビキチン化酵素UBP13が膜局在タンパク質の機能制御に重要な役割を果たす可能性を見出した。特に，UBP13は植物ホルモンブラシノステロイドの受容体であるBRI1のユビキチン化制御に関与する可能性が示唆された。
本研究では，UBP13とBRI1の関係性に着目し，下記2研究課題に関する詳細な解析を効率的に実施する。
1．UBP13によるBRI1のエンドサイトーシス制御機構の解明
2. UBP13を介した植物バイオマス制御の生理学的解析
当該年度は，UBP13とBRI1の関係性について，共焦点レーザー顕微鏡を用いたライブセルイメージング解析を行った。その結果，UBP13は細胞膜におけるBRI1の局在に影響することが示唆された。また，ユビキチン化部位変異型BRI1を用いた解析にも取組み，BRI1の機能制御におけるユビキチンシグナルの重要性およびUBP13の関与が示された。加えて，C/N栄養応答制御に関わる膜局在ユビキチンリガーゼATL31とUBP13が相互作用することを見出した。生化学的解析からUBP13はATL31が形成するポリユビキチン鎖を分解する活性を有することが分かった。さらに，遺伝学的解析から，UBP13がATL31との相互作用を介して，C/N栄養ストレス応答において機能することが分かった。これらの知見についてもとりまとめ，論文発表した。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ゲント大学(ベルギー)
• [国際共同研究] テキサスA&M大学(米国)
• [国際共同研究] ゲント大学(ベルギー)
• [国際共同研究] テキサスA&M大学(米国)
• [雑誌論文] Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 regulate carbon/nitrogen-nutrient stress responses by interacting with the membrane-localized ubiquitin ligase ATL31 in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Luo Yongming、Yasuda Shigetaka、Takagi Junpei、Hasegawa Yoko、Chiba Yukako、Yamaguchi Junji、Sato Takeo
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 636 ページ: 55-61
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.10.089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 stabilize the brassinosteroid receptor BRI1 (2022)
  • 著者名/発表者名: Luo Yongming、Takagi Junpei、Claus Lucas Alves Neubus、Zhang Chao、Yasuda Shigetaka、Hasegawa Yoko、Yamaguchi Junji、Shan Libo、Russinova Eugenia、Sato Takeo
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 23 号: 4
  • DOI: 10.15252/embr.202153354
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The TGN/EE SNARE protein SYP61 and the ubiquitin ligase ATL31 cooperatively regulate plant responses to carbon/nitrogen conditions in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoko Hasegawa, Thais Huarancca Reyes, Tomohiro Uemura, Anirban Baral, Akari Fujimaki, Yongming Luo, Yoshie Morita, Yasushi Saeki, Shugo Maekawa, Shigetaka Yasuda, Koki Mukuta, Yoichiro Fukao, Keiji Tanaka, Akihiko Nakano, Junpei Takagi, Rishikesh P Bhalerao, Junji Yamaguchi, Takeo Sato
  • 雑誌名: THE PLANT CELL 巻: 34 号: 4 ページ: 1354-1374
  • DOI: 10.1093/plcell/koac014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Deubiquitinating enzymes limit the degradation of brassinosteroid receptor BRI1 in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Luo Yongming、Takagi Junpei、Claus Lucas Alves Neubus、Zhang Chao、Yasuda Shigetaka、Hasegawa Yoko、Yamaguchi Junji、Shan Libo、Russinova Eugenia、Sato Takeo
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/
• [備考] 研究室HP
  • URL: https://www.sci.hokudai.ac.jp/CSF2-web/