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植物ミトコンドリアおよび葉緑体を構成する蛋白質の多くは核コードであり、細胞質ゾルでアミノ末端に局在化シグナルである延長ペプチドが付加された分子サイズの大きな前駆体蛋白質として合成された後、それぞれのオルガネラに輸送される。ミトコンドリアと葉緑体は、基本的には、それぞれ固有の蛋白質を有しており、したがって、両オルガネラを構成する蛋白質が正しく機能すべき局在部位に運ばれることが植物の細胞活動の維持には必須である。ミトコンドリアへの局在化シグナルも、葉緑体行きの局在化シグナルも、一次構造的には、塩基性アミノ酸残基に富み、酸性アミノ酸残基が少なく、水酸基を持つアミノ酸に富むという性質があるが、葉緑体局在化シグナルの場合には両親媒性のアルファヘリックスは形成しないとされている。しかしながら、植物細胞内で、一次構造上は似通ったこれらの局在化シグナルがどのような分子機構によって厳密に識別され、一方はミトコンドリアヘ、他方は葉緑体へと仕分けされているのかはよくわかっていない。そこで、本研究では、植物細胞内でミトコンドリア局在化シグナルと葉緑体局在化シグナルとが、いかに識別されて輸送されているのか解明することを最終目標として、in vivoおよびin vitroの解析系を構築して研究を進めている。昨年度の研究により、植物由来のミトコンドリア蛋白質前駆体、および葉緑体蛋白質前駆体について、植物から単離した葉緑体、およびミトコンドリアを用いたin vitroの輸送実験をおこない、個々のオルガネラに、特異的に選別輸送される前駆体を複数種類、準備した。本年度の研究、これらの局在化シグナルについて多数のキメラ蛋白質やアミノ酸置換を導入した変異蛋白質を用意した。これらを用いて葉緑体、およびミトコンドリアを用いた詳細なin vitroの輸送実験をおこない解析を進めている。
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