ショ糖飢餓細胞の液胞オートファジーと色素体ポリフェノールオキシダーゼの活性化

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12640630
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 野末 雅之 信州大学, 繊維学部, 助教授 (30135165)
• 研究分担者: 斎藤 英毅 信州大学, 繊維学部, 講師 (30021174) ; 小島 峯雄 信州大学, 繊維学部, 教授 (30023469)
• キーワード: ポリフェオールオキシダーゼ / Ipomoea batatas / 液胞オートファジー / 色素体 / プロテオリシス / システインエンドペプチダーゼ / 懸濁培養細胞 / DAPI

研究概要

高等植物のポリフェノールオキシダーゼ(PPO)は、核DNAにコードされ、葉緑体へのターゲッティングドメインを持つPPO前駆体タンパク質として細胞質で合成され、分子サイズ60-70kDaのlatent form(不活性型)としてチラコイド内腔に局在する。PPOはモノフェノールやo-ジフェノールの酸化反応を触媒するが、その基質となるフェノール性化合物は液胞に局在する。植物PPOは傷害組織の褐変化に関与する酵素としてから古くから知られているが、生細胞内での機能に関しては不明のことが多い。本研究では、サツマイモ培養細胞を用いて、色素体PPOが細胞内でどのようにして活性化されるのかを明らかにすることを目的とし、以下の検討を行った。
1.ショ糖飢餓培地への細胞移植により、色素体65-kDa PPOが40kDaへプロセッシングされ、不活性型PPOが活性化された。
2.色素体65-kDa PPOのプロセッシングを触媒する液胞局在性システインエンドペプチダーゼを精製した。
3.ショ糖飢餓細胞の色素体PPOのプロセッシングと活性化は、システインプロテアーゼインヒビターであるE-64、動物細胞のオートファジー阻害剤の3-メチルアデニン処理により顕著に阻害された。
4ショ糖飢餓培地への細胞移植により色素体数の速やかな減少が観察されるが、E-64、3-メチルアデニン処理により色素体数減少が抑制された。
5.E-64処理ショ糖飢餓細胞から単離した液胞中に細胞質成分とおもわれる構造物が多数観察され、この構造物はDAPIで染色された。
以上の結果から、ショ糖飢餓状態において液胞オートファジーにより色素体が液胞に取り込まれ、液胞局在性システインエンドペプチダーゼにより色素体PPOがプロテオリシスされ、活性化されることが強く示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Kojima, M.: "Biosynthetic pathway of chlorogenic and isochlorogenic acids in sweetpotato roots"Potential of root crops for food and industrial resources. (M. Nakatani and K. Komaki eds.). 265-268 (2002)
• [文献書誌] Nozue, M., Nakano, Y., Yoshida, Y., Shioiri, H., Kojima, M.: "Activation of polypheol oxidase in sweetpotato cells in suspension culture"Potential of root crops for food and industrial resources. (M. Nakatani and K. Komaki eds.). 269-272 (2002)
• [文献書誌] Nozue, M., Baba, S., Kitamura Y., Xu, W., Kubo, H., Nogawa M., Shiori H., Kojima, M.: "VP24 found in anthocyanic vacuolar inclusions (AVIs) of sweet potato cells is a member of a metalloprotease family"Biochem Eng. J.. (In press). (2003)
• [文献書誌] 野末雅之: "生物工学実験書 日本生物工学会編(室岡義勝 他7名)、「植物細胞増殖とアントシアニン生成」p.240-244"培風館. 480 (2002)