シロイヌナズナの機械刺激受容体の構造と機能

• 研究領域: 植物の環境感覚：刺激受容から細胞応答まで
• 研究課題/領域番号: 23120509
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京学芸大学
• 研究代表者: 飯田 秀利 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (70124435)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2012年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2011年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
• キーワード: シロイヌナズナ / 酵母 / 機械刺激 / 機械受容チャネル / カルシウムチャネル / カルシウムシグナル / 活性酸素種 / ROS / 構造機能相関 / 膜貫通領域 / 膜トポロジー / パッチクランプ / 植物

研究実績の概要

植物の機械刺激の受容体の解明は未だ不十分であるが、さまざまな実験から、その中核をなす分子はCa2+透過性機械受容チャネルであると考えられている。本研究は、その活性をもつMCA1とMCA2の研究、および植物のモデル生物である酵母の機械受容チャネルの研究をとおして、その受容体の構造と機能明らかにすることを目的としている。
平成24年度は次の研究実績を挙げた。
1. 「分裂酵母の機械受容チャネルの低浸透圧の感受と応答における役割」：植物や酵母には、原核生物の機械受容チャネルの一種であるMscSの類似タンパク質（MscS-like protein; MSL）がある。我々は、分裂酵母に２つのMSLが存在することを見つけ、それぞれMsy1およびMsy2と名付けた。蛍光顕微鏡法により、Msy1は核周辺の小胞体に局在すること、Msy2は細胞膜近傍の小胞体に局在し、低浸透圧の感知と応答にしていることを明らかにした。
２．「タバコとイネにおけるMCAホモログのはたらき」：タバコ（Nicotiana tabacum）のMCAホモログ（NtMCA1とNtMCA2）およびイネのMCAホモログ（OsMCA1）のはたらきについて、東京理科大学の朽津和幸教授と共同研究を行った。その結果、NtMCA1とNtMCA2は低浸透圧刺激後の細胞内Ca2+の上昇に関わること、NtMCA1とNtMCA2の高発現は低Ca2+濃度培地下でのBY-2細胞の増殖制限を緩和すること、NtMCA1の高発現により接触刺激応答遺伝子NtERF4を強発現させること、などを明らかにした。
イネ（Oryza sativa）のOsMCA1高発現株では、低浸透圧刺激後の細胞内Ca2+の上昇が野生株に比べ大きく、活性酸素種（ROS）の生産が上昇すること、RNAiによるOsMCA1ノックダウン株は成長が遅く、短い穂軸をもつこと、などを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

24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

24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] Organellar mechanosensitive channels in fission yeast regulate the hypo-osmotic shock response (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, Y., Yoshimura, K., and Iida H.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 3 号: 1 ページ: 1020-1020
  • DOI: 10.1038/ncomms2014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression of Arabidopsis MCA1 enhanced mechanosensitive channel activity in the Xenopus laevis oocyte plasma membrane (2012)
  • 著者名/発表者名: Takuya Furuichi, Hidetoshi Iida, Masahiro Sokabe and Hitoshi Tatsumi
  • 雑誌名: Plant Signaling and Behavior 7 巻: 7 号: 8 ページ: 1022-1026
  • DOI: 10.4161/psb.20783
  • 査読あり
• [雑誌論文] A gain-of-function mutation in gating of Corynebacterium glutamicum NCCｇl1221 causes constitutive glutamate secretion. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, Y*., Yoshimura, K., and Iida H*. （*Co-corresponding author）
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microb. 巻: 78 号: 15 ページ: 5432-5434
  • DOI: 10.1128/aem.01310-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of a putative mechanosensitive plasma membrane Ca 2+ -permeable channel OsMCA1 in generation of reactive oxygen species and hypo-osmotic signaling in rice (2012)
  • 著者名/発表者名: Kurusu T, Iida H, Kuchitsu K
  • 雑誌名: Plant Signal. Behav 巻: 7 号: 7 ページ: 796-798
  • DOI: 10.4161/psb.20521
  • 査読あり
• [雑誌論文] KlMID1, a relevant key player between ER homeostasis and mitochondrial dysfunction in Kluyveromyces lactis. (2012)
  • 著者名/発表者名: Zanni, E., Franco, M., Nakano, M., Iida, H., Palleschi, C., and Uccelletti, D.
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 158 号: 7 ページ: 1694-1701
  • DOI: 10.1099/mic.0.056283-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasma membrane protein OsMCA1 is involved in regulation of hypo-osmotic shock-induced Ca^<2+> influx and modulates generation of reactive oxygen species in cultured rice cells (2012)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光、西川大輔、山崎友香里、後藤真理子、中野正貴、濱田晴康、山中拓哉、飯田和子、中川祐子、佐治光、篠崎一雄、飯田秀利、朽津和幸
  • 雑誌名: BMC Plant Biology 巻: 12巻 号: 1 ページ: 11-11
  • DOI: 10.1186/1471-2229-12-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of the putative Ca^<2+>- permeable mechanosensitive channels, NtMCA1 and NtMCA2, in Ca2+ uptake, Ca2^<+>-dependent cell proliferation and mechanical stress-induced gene expression in tobacco (Nicotiana tabacum) BY-2 cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Kurusu T, Yamanaka T, Nakano M, Takiguchi A, Ogasawara Y, Hayashi T, Iida K, Hanamata S, Shinozaki K, Iida H, Kuchitsu K
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 13(印刷中) 号: 4 ページ: 555-568
  • DOI: 10.1007/s10265-011-0462-6
  • NAID: 10030803989
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanoreception in motile flagella of Chlamydomonas (2011)
  • 著者名/発表者名: Fujiu, K., Nakayama, Y., Iida, H., Sokabe, M., Yoshimura, K.
  • 雑誌名: Nat.Cell Biol. 巻: 13 ページ: 630-633
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of structural regions important for Ca^<2+> uptake activity in Arabidopsis MCA1 and MCA2 expressed in yeast (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakano, M., Iida, K., Nyunoya, H., Iida, H.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 52 ページ: 1915-1930
  • NAID: 10030305302
  • 査読あり
• [学会発表] Corynebacterium glutamicumのグルタミン酸透過性機械受容チャネルNCgl1221のgain-of-function変異 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中山 義敬、飯田 秀利
  • 学会等名: 日本農芸化学会2013年度大会
  • 発表場所: 東北大学（仙台市)
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] シロイヌナズナの機械受容チャネルMCA1 およびMCA2 の欠損株の新たな表現型 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中野正貴，望月華菜子，飯田秀利
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] Organellar mechanosensitive channels regulate the hypo-osmotic response in fission yeast (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, Y., Yoshimura, K., Iida, H.
  • 学会等名: Biophysical Society 57th Annual Meeting
  • 発表場所: ペンシルヴァニア・コンヴェンション・センター（フィラデルフィア）
  • 年月日: 2013-02-05
• [学会発表] カルシウム透過性機械受容チャネルの低温感受における役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 飯田秀利、森研堂、内藤真穂、中野正貴
  • 学会等名: 兵庫県立大学（姫路市）
  • 発表場所: 兵庫県立大学（姫路市）
  • 年月日: 2012-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanosensitive Casup2+/sup channel candidates MCA1 and MCA2 in Arabidopsis (2012)
  • 著者名/発表者名: Iida, H., Nakano, M., Iida, K.
  • 学会等名: 7th Plant Biomechanics International Conference
  • 発表場所: パストラル教区センター（クレルモンフェラン・フランス）
  • 年月日: 2012-08-21
  • 招待講演
• [学会発表] New candidates for the mechanosensitive channel that may be involved in gravity sensing (2012)
  • 著者名/発表者名: Iida, H., Furuichi, T., Nakano, M., Toyota, M., Sokabe, M., Tatsumi, H.
  • 学会等名: ISLSWG Workshop "Plant Biology in Space"
  • 発表場所: アルベルト・ルートヴィヒ大学フライブルク（フライブルク・ドイツ）
  • 年月日: 2012-08-02
  • 招待講演
• [学会発表] echanosensitive channels are activated via actin stress fibers, which may be involved in gravity sensing in plants (2012)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi, H., Furuichi, T., Nakano, M., Toyota, M., Hayakawa, K., Sokabe, M., Iida, H.
  • 学会等名: ISLSWG Workshop "Plant Biology in Space"
  • 発表場所: アルベルト・ルートヴィヒ大学フライブルク（フライブルク・ドイツ）
  • 年月日: 2012-08-02
  • 招待講演
• [学会発表] Plant perception and response to the signal in gravity resistance (2012)
  • 著者名/発表者名: Hoson, T., Otomi, Y., Zhang, Y., Soga, K., Wakabayashi, K., Hashimoto, T., Iida, H., Kamisaka, S.
  • 学会等名: 39th COSPAR Scientific Assembly 2012
  • 発表場所: ナラヤナ・ムルティ・センター・オブ・エクセレント（マイソール・インド）
  • 年月日: 2012-07-19
• [学会発表] Mechanosensitive channels essential for the hypo-osmotic shock response in fission yeast (2012)
  • 著者名/発表者名: 中山義敬、飯田秀利
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会2012
  • 発表場所: 京都女子大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] 酵母細胞を利用したシロイヌナズナのMCA1とMCA2の低浸透圧応答性の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中野正貴、飯田和子、丹生谷博、飯田秀利
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] 出芽酵母と植物に固有のCa^<2+>チャネル-その構造と役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 飯田秀利
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都市)(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] 分裂酵母の低浸透圧ショックに対する生存に必要な機械受容チャネル (2011)
  • 著者名/発表者名: 中山義敬、吉村建二郎、飯田秀利
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)
  • 年月日: 2011-12-15
• [学会発表] シロイヌナズナのCa^<2+>透過性機械受容チャネル候補MCA1とMCA2のCa^<2+>取込み活性に重要な領域の特定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中野正貴、飯田和子、丹生谷博、飯田秀利
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)
  • 年月日: 2011-12-15
• [学会発表] シロイヌナズナのCa^<2+>透過性機械受容チャネル候補MCA1およびMCA2の膜トポロジーの決定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鎌野俊平, 飯田和子、雷凱健、飯田秀利
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] 植物の機械刺激受容とCa^<2+>シグナリング (2011)
  • 著者名/発表者名: 飯田秀利
  • 学会等名: 日本植物学会第75回大会
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス(東京都)(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-17
• [備考] 飯田秀利研究室ホームページ
  • URL: http://www.u-gakugei.ac.jp/~iida/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.u-gakugei.ac.jp/~iida/