植物細胞の環境ストレスに応答するNa^+とK^+輸送系の解明

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15380070
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 魚住 信之 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (40223515)
• キーワード: Kトランスポーター / Naトランスポーター / Kチャネル / EF-hand / AtHKT1 / Ktr / シロイヌナズナ / ラン藻

研究概要

1 ラン藻(Synechocystis sp. strain PCC 6803)のKtr系のK輸送活性がCCCPの添加で阻害され、呼吸鎖が変異してH駆動力が解消された変異株では輸送活性が検出できなかったことから、H駆動力がKtr系輸送体に関与することが強く推測された。また、ラン藻に高浸透圧ストレスを与えるとKの流出が起きることが分かった。ラン藻のKtr系変異株では、そのK流出を補うKの取込みが起こらないことが分かった。この結果から、Ktr系は浸透圧変化に適応するのに必須なK取込み系として機能していることが明らかとなった。
2 微生物と植物のKtr/HKT系トランスポーターは8回の膜貫通構造をとる。第8番目の膜貫通領域に存在する正電荷アミノ酸を他のアミノ酸に置換してイオン選択性への関与を検討した。野性株のArgからLysへの置換はイオン透過性が保持されたが、負電荷アミノ酸や極性のないアミノ酸への置換はイオン透過性が失われた。この正電荷アミノ酸は本輸送体の機能に重要であることが分かった。
3 KUP系輸送体の膜貫通構造を明らかにするために、試験管内翻訳・膜挿入系を用いた解析を試みたが、膜への挿入が起こらないことがわかった。そこで、大腸菌発現による方法で行うこととした。
4 シロイヌナズナKCO2チャネルのC末領域にはCaと結合すると予想されるEF-handが2つ連続に存在している。このN末側のEF-handにいくつかのアミノ酸置換を導入したところ、EF-hand内に2つあるCysを置換した場合に、K輸送活性の減少が観察された。このことから、EF-hand構造がK輸送に影響を与えていることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Large-scale production of hairy root (2004)
  • 著者名/発表者名: Uozumi N.
  • 雑誌名: Recent progress of biochemical and biomedical engineering in Japan 2 ページ: 75-105
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mechanosensitivity of GIRK channels is mediated by protein kinase C-dependent channel-phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate interaction. (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhang, L., Lee, J-K., John, S.A., Uozumi, N., Kadama, I.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 7037-7047
• [雑誌論文] Na^+-dependent K^+ uptake Ktr system from the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 and its role in the early phases of cell adaptation to hyperosmotic shock. (2004)
  • 著者名/発表者名: Mtsuda, N., Kobayashi, H., Katoh, H., Ogawa, T., Futatsugi, L., Nakamura, T., Bakker, E.P., Uozumi, N.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 54952-54962
• [雑誌論文] Characterization of potassium channels from Arabidopsis thaliana (2004)
  • 著者名/発表者名: Ibuki T., Tokida Y., Matsuda N., Czempinski K., Muller-Roeber B., Ona T., Uozumi N.
  • 雑誌名: Improvement of forest for recyclable forest products ページ: 167-169