光で駆動する子葉細胞内でのリピッドボディ分解機構の解明

• 研究課題/領域番号: 22K06292
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44040:形態および構造関連
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 林 八寿子 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (20228597)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2025年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: リピッドボディ / オートファジー / 子葉細胞 / ペルオキシソーム / 貯蔵脂肪 / リポファジー / シロイヌナズナ / 子葉 / 脂肪代謝

研究開始時の研究の概要

野生株、オートファ ジー変異株(peup1/atg2, atg5, atg7)、脂肪酸β-酸化系欠損株(ped1)、グリオキシル酸回路欠損株(iclh)を用いて、レーザー顕微鏡を用いたLBの挙動解析、ペルオキシソームの脂肪酸代謝関連酵素の発現量解析、生化学的なトリアシルグリセロール含有量解析、レーザー顕微鏡や電子顕微鏡を用いたLBと他のオルガネラとの相互関係解析、LB自身の自己分解能などを調べて、ペルオキシソームにおける脂肪酸β－酸化系とグリオキシル酸回路に依らない、光照射によって駆動する貯蔵脂肪消失機構の存在を明らかにする。

研究実績の概要

本年度は、暗所生育3日目での野生株とグリオキシル酸回路機能欠損株（icl)とのLBの残量を統計解析した。その結果、野生株だけでなく、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)においても、光照射を開始するとLBが有意に減少していくことが明らかとなった。また、ショ糖の有無による違いについては、暗所生育時も、光照射後も、野生株ではショ糖無しの方が減少率は大きいが、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)では、暗所生育時も、光照射1日目でも差がないことがわかった。
また、本年度は、電子顕微鏡解析によって、LBの大きさの挙動も解析した。その結果、野生株でも、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)においても、基本的には、暗所生育時にはLBの大きさは大きいが、光を照射すると小さくなることがわかった。しかし、ショ糖ありのグリオキシル酸回路機能欠損株（icl)では、大きさは変化しない。また、暗所生育時には、野生株においては、ショ糖の有無による大きさの違いに有意差はないが、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)では、ショ糖の有無による大きさの差は有意であり、ショ糖なしのグリオキシル酸回路機能欠損株（icl)が、野生株と比べて特に大きいことが示された。光照射後では、野生株よりも、グリオキシル酸回路機能欠損株（icl)の方が、ショ糖のあるなしに関わらずLBは大きいことも分かった。
また、本研究とは少し異なるが、これまでの成果をもとに、シロイヌナズナのペキソファジーについて論文報告した（Autophagic Punctum, S. Goto-Yamada et al., 2023）。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ATG変異株については、種子の貯蔵脂肪が元々少ないなどの想定外の事実により解析は進んでいないが、野生株とグリオキシル酸回路機能欠損株（icl)との比較を詳細に進めることで、目的に対する研究は進んでいると判断できる。

今後の研究の推進方策

これまでは、LBについてのみの挙動に注目した解析を行ってきたが、残り２年間では、LBとペルオキシソーム、LBと液胞、LBとライソソームなどのオルガネラ間の相互作用に着目した挙動解析を行う予定である。LBの膜が可視化できるOle-G株に頼らずに、後染めの染色液を用いることで、子葉細胞内のLBを染色する方法を確立したので、今後は、さまざまなオルガネラ可視化株を用いて、LBを共染色して、詳細に観察する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Jagiellonian University(ポーランド)
• [国際共同研究] Jagiellonian University(ポーランド)
• [雑誌論文] Pexophagy in plants: a mechanism to remit cells from oxidative damage caused under high-intensity light (2023)
  • 著者名/発表者名: Goto-Yamada Shino、Oikawa Kazusato、Hayashi Yasuko、Mano Shoji、Yamada Kenji、Nishimura Mikio
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 19 号: 5 ページ: 1611-1613
  • DOI: 10.1080/15548627.2023.2175570
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ubiquitin-Conjugating Activity by PEX4 is Required for Efficient Protein Transport to Peroxisomes in Arabidopsis thaliana (2022)
  • 著者名/発表者名: Mano Shoji、Hayashi Yasuko、Hikino Kazumi、Otomo Masayoshi、Kanai Masatake、Nishimura Mikio
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: - 号: 6 ページ: 102038-102038
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102038
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
• [学会発表] アーケプラスチダにおける PTS2 型タンパク質のプロセッシング機構の進化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 篠崎桂一、林八寿子
  • 学会等名: 日本植物形態学会第３５回大会
• [学会発表] Molecular mechanism for peroxisomal protein transport via the ubiquitin system (2023)
  • 著者名/発表者名: Shoji MANO, Shino GOTO-YAMADA, Yasuko HAYASHI, Kazumi HIKINO, Masatake KANAI, and Mikio NISHIMURA
  • 学会等名: ICAR2023
  • 国際学会
• [学会発表] 植物ペクソファジーは、強光下でおこるROS生成による植物細胞の傷害を抑制する (2023)
  • 著者名/発表者名: 及川和聡、後藤志野、林八寿子、柴田美智太郎、近藤真紀、真野昌二、上田晴子、西村いくこ、山田健志、西村幹夫
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] シロイヌナズナのペルオキシソームへの効率的なタンパク質輸送には、PEX4によるユビキチン結合活性が必要である (2022)
  • 著者名/発表者名: 真野昌二、林八寿子、曳野和美、大友政義、金井雅武、西村幹夫
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [備考] ペキソファジーは、植物の強光ストレスを軽減する
  • URL: https://www.niigata-u.ac.jp/news/2022/315019/