花幹細胞におけるポリコム因子の導入、排除およびリン酸化シグナルによる活性調節

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02405
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 伊藤 寿朗 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90517096)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 発現制御 / 発生・分化 / 細胞周期 / シグナル伝達

研究実績の概要

本研究では、リン酸化シグナル伝達から、エピジェネティック制御、ホルモン制御による花幹細胞の増殖と分化制御に至る分子機構を解明することを目指してきた。我々は、遺伝学的、生化学的解析によりKNUタンパク質によるWUS遺伝子の抑制にはポリコム因子の「導入」によりもたらされる抑制的ヒストン修飾H3K27me3が必要であるとの知見を得た。さらにH3K27me3の蓄積は抑制状態の維持に必要であるが、転写抑制の開始にはKNUによるSWI/SNF 複合体であるSPLAYED (SYD)の結合阻害が機能していることを示した。KNUタンパク質のWUS プロモーターへの結合性をin vitroアッセイやYeast-one hybridアッセイにより、KNUによるWUSの二段階の転写抑制機構をより確かなものとして、論文をPlant Cell(2019)にて発表した。さらに、リン酸化シグナルがWUS遺伝子の自己制御能を変化させることによって、核内における遺伝子発現の恒常性を保っているとの論文を作成している。また、花幹細胞の増殖抑制に機能するSUPはポリコム因子CLFと直接結合することで、オーキシン合成を抑制している。本内容を花幹細胞の増殖抑制におけるエピジェネティック機構を介したオーキシン制御の論文としてEMBO Journal(2018)にて発表した。さらにCRCによるクロマチンを介したオーキシン合成酵素の制御機構の論文をNature Communications(2018)にて発表した。ヒストンの脱メチル化酵素によるABAシグナルにおける新規フィードバック系を解明してPlant, Cell & Environment(2019)に発表した。また、関連論文をShort CommunicationsとしてPlant Signaling Behavior(2019)や花幹細胞の増殖抑制機構についてのレビュー(Xu et al., J of Experimental Botany 2019)に発表した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

花幹細胞制御におけるKNUとWUSとの関連性については、植物系のトップジャーナルであるThe Plant Cell (2019)にて報告した。また、CRCおよびSUPによるエピジェネティック制御を介した花幹細胞の増殖抑制機構は、それぞれNature Communications (2018)およびEMBO Journal(2018)において報告した。さらにリン酸化タンパク質の解析においても、あるクロマチン因子の共役因子との結合性がリン酸化を調節することで、自己活性化能を調節しているという新規作用機構に関しても最終的にまとめ上げる段階にある。その他、ABAシグナル系におけるヒストン脱メチル化酵素の働きを明らかにして、Plant, Cell & Environment (2019)にて報告した。

今後の研究の推進方策

本年度は、幹細胞の増殖と分化のホメオスタシス制御にかかわるリン酸化シグナルによる新規制御機構の論文を公表することを第一目標とする。追実験の必要性に備えて、植物体を準備しておく。

備考

新聞記事など 1.伊藤寿朗、日本経済新聞「花がめしべづくりを開始するためのDNAの折りたたみ構造変化を解明」奈良先端科学技術大学院大学 2018年12月12日
アウトリーチ活動など 1.奈良先端大サイエンス塾 花のABCモデルを平易に解説した。2018年10月13日 2.奈良先端大オープンキャンパス 植物の花の形作りについて。2018年11月11日

研究成果

• [雑誌論文] Abscisic acid‐dependent histone demethylation during postgermination growth arrest in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu Jinfeng、Ichihashi Yasunori、Suzuki Takamasa、Shibata Arisa、Shirasu Ken、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Plant, Cell & Environment 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/pce.13547
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integration of transcriptional repression and Polycomb-mediated silencing of WUSCHEL in floral meristems (2019)
  • 著者名/発表者名: Sun Bo、Zhou Yingying、Cai Jie、Shang Erlei、Yamaguchi Nobutoshi、Xiao Jun、Looi Liang-Sheng、Wee Wan-Yi、Gao Xiuying、Wagner Doris、Ito Toshiro
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1105/tpc.18.00450
  • 査読あり
• [雑誌論文] When to stop: an update on molecular mechanisms of floral meristem termination (2019)
  • 著者名/発表者名: Yifeng Xu, Nobutoshi Yamaguchi, Eng-Seng Gan, Toshiro Ito
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 70 ページ: 1711～1718
  • DOI: 10.1093/jxb/erz048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone demethylases control root elongation in response to stress-signaling hormone abscisic acid (2019)
  • 著者名/発表者名: Jinfeng Wu, Nobutoshi Yamaguchi & Toshiro Ito
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1604019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chromatin-mediated feed-forward auxin biosynthesis in floral meristem determinacy (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Nobutoshi、Huang Jiangbo、Tatsumi Yoshitaka、Abe Masato、Sugano Shigeo S.、Kojima Mikiko、Takebayashi Yumiko、Kiba Takatoshi、Yokoyama Ryusuke、Nishitani Kazuhiko、Sakakibara Hitoshi、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07763-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Meristem Termination and Organ Number Control in Early Stage of Arabidopsis Flower Development (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu Yifeng、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Journal of Cell Signaling 巻: 03 ページ: -
  • DOI: 10.4172/2576-1471.1000186
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Situ Proximity Ligation Assay to Detect the Interaction Between Plant Transcription Factors and Other Regulatory Proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu Yifeng、Gan Eng-Seng、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Plant Transcription Factors.Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 巻: 1830 ページ: 325～335
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8657-6_19
  • 査読あり
• [雑誌論文] Using CRISPR/Cas9 System to Introduce Targeted Mutation in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Lee Ze Hong、Yamaguchi Nobutoshi、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Plant Transcription Factors.Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 巻: 1830 ページ: 93～108
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8657-6_6
  • 査読あり
• [雑誌論文] RGB-Color Intensiometric Indicators to Visualize Spatiotemporal Dynamics of ATP in Single Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Arai Satoshi、Kriszt Rokus、Harada Kazuki、Looi Liang-Sheng、Matsuda Shogo、Wongso Devina、Suo Satoshi、Ishiura Shoichi、Tseng Yu-Hua、Raghunath Michael、Ito Toshiro、Tsuboi Takashi、Kitaguchi Tetsuya
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 130 ページ: 11039～11044
  • DOI: 10.1002/ange.201804304
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SUPERMAN regulates floral whorl boundaries through control of auxin biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu Yifeng、Prunet Nathanael、Gan Eng‐Seng、Wang Yanbin、Stewart Darragh、Wellmer Frank、Huang Jiangbo、Yamaguchi Nobutoshi、Tatsumi Yoshitaka、Kojima Mikiko、Kiba Takatoshi、Sakakibara Hitoshi、Jack Thomas P、Meyerowitz Elliot M、Ito Toshiro
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 37 ページ: e97499～e97499
  • DOI: 10.15252/embj.201797499
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Membrane-Bound NAC-Like Transcription Factor OsNTL5 Represses the Flowering in Oryza sativa (2018)
  • 著者名/発表者名: Guo Siyi、Dai Shaojun、Singh Prashant K.、Wang Hongyan、Wang Yanan、Tan Jeanie L. H.、Wee Wanyi、Ito Toshiro
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.00555
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of floral meristem activity through the interaction of AGAMOUS, SUPERMAN, and CLAVATA3 in Arabidopsis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Uemura, A., Yamaguchi, N., Xu, X., Wee, W., Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., and Ito, T.
  • 雑誌名: Plant Reproduction 巻: 31 ページ: 89-105
  • DOI: 10.1007/s00497-017-0315-0
  • 査読あり
• [学会発表] Multistep termination of floral stem cell activities (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: Japan-Taiwan Plant Biology 2019 (JTPB2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spatio-temporal regulation of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: PSDB 10th Annual National Convention
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Memory and induced forgetting in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: University of the Philippines-Diliman Ateneo de University 大学訪問セミナー
• [学会発表] 植物における記憶定着と能動的忘却システム (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: さきがけ懇親会
• [学会発表] Spatio-temporal regulation of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: Henan University大学訪問セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-step termination of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: 福建農林大学さくらサイエンスプラン
• [学会発表] Auxin-mediated multistep termination of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: IPMB 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 花幹細胞の時空間的な運命制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: 京都大学形態統御学分科セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Auxin-mediated floral meristem determinacy control (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: 25th ICSPR 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Auxin-mediated multistep termination of floral stem cell activities (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寿朗
  • 学会等名: Meristem 2018
  • 国際学会 / 招待講演