有用物質生産に関わる小胞体ストレス応答の解明

• 研究課題/領域番号: 25292220
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用分子細胞生物学
• 研究機関: 独立行政法人農業生物資源研究所
• 研究代表者: 高岩 文雄 国立研究開発法人農業生物資源研究所, 機能性作物研究開発ユニット, 研究専門員 (20370661)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2015年度)
• 配分額: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2015年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2014年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2013年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 小胞体ストレス / 種子タンパク質 / 物質生産 / ERストレス / バイオテクノロジー / 細胞 / 遺伝子

研究実績の概要

小胞体ストレスによって誘導されるIRE1のヌクレアーゼ活性によりある種のストレス関連する分泌タンパク質のmRNAが分解され、小胞体ストレスの制御に関わる機構（RIDD）があることが報告されている。我々は植物の栄養組織ではある種の分泌タンパク質(感染応答タンパク質)がERストレスの過程でRIDDの制御を受けていることを明らかにしてきた。しかし、植物でのRIDDに関する詳細の分子機構はほとんど明らかにされていない。この理由は植物そのものを利用して、RIDD制御を受ける分泌タンパク質のmRNAのIREI感受性を解析するのが困難なことによる。そこでプロトプラストを用いた一過的発現による解析で、種子登熟過程で大量に分泌タンパク質として生合成される種子貯蔵タンパク質のmRNAが、RIDDによる小胞体ストレス応答により蓄積レベルの制御を受けるのかを調査した。CaMV35Sプロモーターの制御下でプロトプラスト中に発現させたイネ貯蔵タンパク質の中で16ｋDaプロラミン、10ｋDaプロラミン　26ｋDaグロブリンのｍRNAが小胞体ストレスの制御を受け、ｍRNAレベルが低下したが、グルテリンにおいては低下が観察されなかった。一方、ゲノム編集によりIRE1のヌクレアーゼ活性をなくした改変IRE1を発現したイネから由来するプトトプラストを用いた解析ではｍRNAの低下は観察されなかった。これらの結果から、一部の貯蔵タンパク質の生合成においてはRIDDを介した小胞体ストレス応答の制御をうけることを明らかになった。さらに貯蔵タンパク質のｍRNAの組換えIRE1タンパク質による切断サイトを同定し、IRE1ヌクレアーゼの基質となるRIDDのターゲットの構造を決定した。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of IRE1 ribonuclease-mediated mRNA deay in plants using transient expression analysis in rice protoplasts (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayashi S, Wakasa Y, Ozawa K, Takaiwa F
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 210 号: 4 ページ: 1259-1268
  • DOI: 10.1111/nph.13845
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Visualization of endoplasmic reticulum stressed cells for forward genetic studies in plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayashi S, Takaiwa F.
  • 雑誌名: J plant physiol 巻: 180 ページ: 61-66
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] RNA sequencing-mediated transcriptome analysis of rice plants in endoplasmic reticulum stress conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Wakasa Y, Oono Y, Yazawa T, Hayashi S, Ozawa K, Handa H, Matsumoto T, Takaiwa F.
  • 雑誌名: BMC Plant Biol. 巻: １４ 号: 1 ページ: 101-101
  • DOI: 10.1186/1471-2229-14-101
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Emerging features of ER resident J-proteins in plants. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohta M, Takaiwa F
  • 雑誌名: Plant Signal Behav 巻: ９ 号: 7 ページ: e28194-e28194
  • DOI: 10.4161/psb.28194
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cis-element of the rice PDIL2-3 promoter is responsible for inducing the endoplasmic reticulum stress response (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahashi H, Wang S, Hayashi S, Wakasa Y, Takaiwa F
  • 雑誌名: J Biosci. Bioeng. 巻: 117 号: 5 ページ: 620-623
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.10.023
  • NAID: 110009823140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emerging features of ER resident J-proteins in plants (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohta M, Takaiwa F
  • 雑誌名: Plant Signal Behav 巻: 10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of rice ER-ressident J-proteins reveals diversity and functional differentiation of the ER-resident Hsp70 system in plants (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohta M, Wakasa Y, Takahashi H, Hayashi S, Kudo K, Takaiwa F
  • 雑誌名: J Exp Bot 巻: 64 ページ: 5429-5441
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of overexpression of kinase- or RNase-deficient OsIRE1 on the endoplasmic reticulum stress response in transgenic rice plants. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakasa Y, Hayashi S, Takaiwa F
  • 雑誌名: Plant Signal Behav 巻: 8 号: 9 ページ: e25343-e25343
  • DOI: 10.4161/psb.25343
  • 査読あり
• [雑誌論文] The use of rice seeds to produce human pharmaceuticals for oral therapy. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakasa Y, Takaiwa F
  • 雑誌名: Biotechnol J 巻: 8 号: 10 ページ: 1133-1143
  • DOI: 10.1002/biot.201300065
  • 査読あり