可逆的マイクロボディ機能変換の分子機構

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09440271
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 西村 幹夫 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 教授 (80093061)
• 研究分担者: 林 誠 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助手 (50212155)
• キーワード: マイクロボディ / グリオキシゾーム / 緑葉ペルオキシゾーム / 突然変異株 / チオラーゼ / 形態異常

研究概要

高等植物のマイクロボディは、その代謝機能によって、脂肪酸代謝を行うグリオキシゾーム、光呼吸に関与する緑葉ベルオキシゾーム、および特殊化していないベルオキシゾームの3種類に細分される。それぞれのオルガネラには特有の酸素群が局在しており、発芽や緑化、セネッセンスなどの過程において、連続的かつ可逆的に相互変換していくことが知られている。このような機能変換の過程においては、各酵素群の遺伝子発現、タンパク質輸送、分解が厳密に制御されることで、調和のとれた代謝機能を維持している。
マイクロボディの酵素の多くは、そのオルガネラへの移行シグナルの違いからタイプ1型とタイプ2型の2種類に分類される。タイプ1型酵素は、C末端の3アミノ酸配列がグリオキシゾームへの輸送シグナルとして機能している。一方、タイプ2型酵素は、N末端延長ペプチドを持つ高分子量前駆体タンパク質として翻訳される。延長ペプチド内に存在する特定のアミノ酸配列領域が輸送シグナルとして働いている。翻訳後、前駆体タンパク質は、ペルオキシゾームへ輸送されてから、延長ペプチドが切断されて成熟型タンパク質になる。また、ヒドロキシピルビン酸還元酵素の場合、単一の遺伝子からaltemativesplicingによって緑葉ペルオキシソーム局在型と細胞礎質局在型の2種類の酵素が作られる。
更にシロイヌナズナのグリオキシゾーム機能欠損突然変異体の単離を試みた。これまでのところ、グリオキシゾームの脂肪酸β酸化系活性の維持に関する3つの遺伝子座の同定に成功した(Ped1〜3)。これらの遺伝子座が変異した突然変異体は、脂肪酸β酸化系活性を持たず、2,4-dichlorophenoxybutyric acid(2,4D)に代謝できない。また、種子貯蔵脂肪をスクロースに代謝することができないために、発芽時にスクロースを要求する。Ped1はβ酸化系酵素チオラーゼを欠損していること、Ped2はチオラーゼ等タイプ2型酵素のオルガネラへの輸送に欠損が生じていることが判明した。これらの変異体ではマイクロボディの形態も異常を示した。

研究成果

• [文献書誌] Kato,A.: "Glyoxysomal malate dehydrogenase in pumpkin:cloning of a cDNA and functional analysis of its presequence." Plant Cell Physiol.39. 186-195 (1998)
• [文献書誌] Hayashi,M.: "2,4-Dichlorophenoxybutyric acid-resistant mutants of Arabidopsis have defects on glyoxysomal β-oxidation." Plant Cell. 10. 183-195 (1998)
• [文献書誌] Hayashi,H.: "Molecular characterization of a glyoxysomal long-chain acyl-CoA oxidase that is synthesized as a precursor of higher molecular mass in pumpkin." J.Biol.Chem.273. 8301-8307 (1998)
• [文献書誌] Mano,S.: "Light regulates alternative splicing of hydroxypyruvate reductase in pumpkin." Plant J.(in press). (1999)
• [文献書誌] Koumoto,Y.: "Chloroplast Cpn20 forms a tetrameric structure in Arabidopsis thaliana." Plant J.(in press). (1999)
• [文献書誌] Hayashi,H.: "A novel oxidase that catalyzes oxidation of short-chain acyl CoA in plant peroxisomes." J.Biol.Chem.(in press). (1999)
• [文献書誌] Kato,A.: "Oligomeric proteins containing N-terminal targeting signals are imported into peroxisomes in transgenic Arabidopsis." Plant Cell Physiol.(in press). (1999)