高等植物の分泌系におけるタンパク質の輸送機構と修飾機構の解析

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13460152
• 研究機関: 特殊法人理化学研究所
• 研究代表者: 松岡 健 理化学研究所, 形態構築研究チーム, チームリーダー (40222294)
• 研究分担者: 湯浅 浩司 理化学研究所, 形態構築研究チーム, 研究員 (60342870) ; 竹内 雅宜 理化学研究所, 生体膜研究室, 協力研究員 (00332271)
• キーワード: 細胞内輸送 / タンパク質修飾 / 再構成 / 植物 / 液胞 / 膜タンパク質 / 可溶化 / 輸送小胞

研究概要

遺伝子組換え作物は、植物製産に要するコストが動物や微生物の製産に要するコストより極めて低いことから、動物由来の組換えタンパク質製産の場として期待される。多くの動物由来の有用タンパク質は分泌性であり、これらタンパク質は小胞体での合成の後ゴルジ装置等で糖鎖付加などの修飾を受け、液胞/リソソームへ輸送されることなく細胞外へ分泌される。しかし、タンパク質のゴルジ装置での修飾とゴルジ装置での液胞/リソソームへの輸送機構は生物種により異なり、動物由来の有用タンパク質を活性型として生産する際には、植物固有のタンパク質仕分け系と修飾系の抑制による植物の分泌系の人工的制御が必要となる。
そこで本研究では、酵母をモデルとしてタンパク質輸送装置の構造形成の解析を行うと共に、高等植物の分泌系とそれから派生する液胞へのタンパク質輸送系について、細胞抽出画分を用いた試験管内解析系を構築し輸送機構の実体である輸送小胞を同定することと、タンパク質輸送過程において植物特異的に起る修飾である水酸化されたプロリン残基(Hyp)への糖鎖付加機構を解析し、高等植物に特異的なタンパク質の輸送と修飾の機構を明らかにすること、また、これらの解析に附随して新たな研究手法を開発することを目的としていた。
その結果、1)真核生物に共通に認められるCOPII輸送小胞のタンパク質被覆の立体配座の決定、2)輸送過程に関わるGTP結合タンパク質であるArflpの植物細胞での機能の開明、3)植物由来の小胞体およびゴルジ装置からの輸送小胞形成の再構成系の構築、4)植物由来のプロリン水酸化酵素の同定、等の成果をあげた。また、研究過程において主な研究対象である膜タンパク質の研究から派生し、膜タンパク質可溶化条件の迅速決定法を開発した。

研究成果

• [文献書誌] 松岡 健: "液胞-リソソーム機能を持つ植物の巨大オルガネラ-"蛋白質核酸酵. 46. 2147-2153 (2001)
• [文献書誌] 松岡 健: "ゴルジ装置とその機能"蛋白質核酸酵. 47. 1760-1764 (2002)
• [文献書誌] Matsuoka, K., Schekman, R., Orci, L., Heuser, J.E: "Surface structure of the COPII-coated vesicle"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 98. 13705-13709 (2001)
• [文献書誌] Takeuchi, M., Ueda, T., Yahara, N., Nakano, A.: "Arfl GTPase plays roles in the protein traffic between the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus in tobacco and Arabidopsis cultured cells."Plant J. 31. 499-515 (2002)
• [文献書誌] Matsuoka, Ken (Ed. D.G.Robinson): "Chapter7. Protein modifications in the Golgi apparatus. In Annual Plant Reviews"The Golgi Apparatus and The Plant Secretory Pathwaty" Ed.D.G.Robinson"Blackwell Publishers(Sheffield)(in press). (2003)