エリシター誘導性プログラム細胞死におけるミトコンドリア・液胞の機能解析

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17051027
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部, 助教授 (50211884)
• キーワード: プログラム細胞死 / 感染防御応答 / ミトコンドリア / 液胞 / Ca^<2+>チャネル / エリシター / 細胞周期 / タバコBY-2細胞

研究概要

感染防御など植物のストレス応答にプログラム細胞死(PCD)が重要な役割を果たすが、その実行や制御の分子機構は不明な点が多い。本研究では、細胞周期を同調させた培養細胞を用いて、感染シグナル(エリシター; PAMP)により同調的な細胞死が誘導される実験系を構築し、動植物の比較ゲノム解析により新規プログラム細胞死制御因子を同定・機能解析すると共に、特にミトコンドリアや液胞などのオルガネラが細胞死誘導に果たす役割を解析することを目指した。エリシターによりPCDが誘導されたタバコBY-2細胞では、細胞質の凝集などの形態的な変化が観察されたが、顕著な核の形態変化やDNAの断片化は観察されなかった。一方PCDに先立ち、エリシター添加後数時間以内にMTT還元活性が低下し、ミトコンドリアの膜電位の脱分極が誘導されると共に、細胞内のATP量の減少が見られた。MTT還元活性の低下は、細胞質のCa^<2+>動員などの初期応答反応と同様、プロテインキナーゼ阻害剤やイオンチャネル阻害剤により濃度依存的に抑制された。また膜電位依存性Ca^<2+>チャネル機能破壊株のイネ培養細胞では、エリシター誘導性細胞死と共にMTT還元活性の低下が著しく抑制された。一方、植物では全く未知だが、動物のミトコンドリアにおいて細胞死制御因子として機能するBcl-xLを過剰発現させたタバコ培養細胞では、エリシターによるミトコンドリア膜電位の脱分極や、ATP量の減少が抑制され、細胞死が阻害された。こうした結果から、植物の感染シグナル誘導性細胞死において、Ca^<2+>チャネルを介したシグナル伝達系の下流で、ミトコンドリアの機能低下が誘導され、PCDの制御において重要な役割を果たす可能性が考えられた。またエリシターによるPCD誘導過程の液胞を経時的に観察したところ、細胞死に先立って細胞質糸が減少し、液胞の構造が変化することが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Regulation of Elicitor-induced Defense Responses by Ca^<2+> Channels and Cell Cycle in Tobacco BY-2 Cells. in press. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kadota, K., Kuchitsu K.
  • 雑誌名: Biotechnology in Agriculture and Forestry 印刷中
• [雑誌論文] Calcium ions are involved in the delay of plant cell cycle progression by abiotic stresses. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sano, T., Higaki, T., Handa, K., Kadota, Y., Kuchitsu, K., Hasezawa, S., Hoffmann, A., Endter, J., Zimmermann, U., Hedrich, R., Roitsch, T.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 580巻2号 ページ: 597-602
• [雑誌論文] Regulation of anthocyanin biosynthesis involved in the formation of marginal picotee petals in Petunia. (2006)
  • 著者名/発表者名: Saito, R, Fukuta, N., Ohmiya, A., Itoh, Y., Ozeki, Y., Kuchitsu, K., Nakayama, M.
  • 雑誌名: Plant Science 170巻4号 ページ: 828-834
• [雑誌論文] Biotin-labeled abscisic acid as a probe for investigating abscisic acid binding sites on plasma membranes of barley aleurone protoplasts. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kitabata, K.Nakano, T., Kuchitsu, K., Yoshida, S., Asami, T.
  • 雑誌名: Bioorg.Med.Chem. 13(10) ページ: 3351-3358
• [雑誌論文] Identification of a novel gene family. paraiogs of an inhibitor of apoptosis proteins present in plants, fungi, and animals. (2005)
  • 著者名/発表者名: Higashi, K., Takasawa, R., Yoshimori, A., Goh, T., Tanuma, S., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Apoptosis 10(3) ページ: 471-480
• [雑誌論文] Identification of a putative voltage-gated Ca^<2+> channel as a key regulator of elicitor-induced hypersensitive cell death and mitogen-activated protein kinase activation in rice. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kurusu.T., Yagala, T., Miyao, A., Hirochika, H., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Plant J. 42(6) ページ: 798-809
• [雑誌論文] Characterization of the Origin Recognition Complex (ORC) from a higher plant, rice (Oryza sativa L.), (2005)
  • 著者名/発表者名: Mori, Y., Yamamoto, T., Sakaguchi, N., Ishibashi, T., Furukawa, T., Kadota, Y., Kuchitsu, K., Hashimoto, J., Kimura, S., Sakaguchi, K.
  • 雑誌名: Gene 353(1) ページ: 23-30
• [雑誌論文] The relationship between various image of acyanic petal of Eustoma gradifrorum under UV light and flavonoid content. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fukuta, N., Miyasaka, M., Saitou, R., Kuchitsu, K., Nakayama, M.
  • 雑誌名: Hort.Res.(Japan) 4(2) ページ: 147-151
• [雑誌論文] Roles of the Putative Voltage-Gated Ca^<2+> Permeable Channels, the TPC1 Family, in Plant Stress Signaling. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kuchitsu, K., Kadota, Y., Kurusu, T.
  • 雑誌名: J.Agr.Meteorol.(Journal of Agricultural Meteorology) 60(6) ページ: 1109-1111
• [雑誌論文] Cell cycle-dependent regulation of oxidative stress responses and Ca^<2+> permeable channels NtTPClA/B in tobacco BY-2 cells. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kadota, K., Furuichl, T., Sano, T., Kaya, H., Murakami, Y., Gunji, W., Muto, S., Hasezawa, S., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Comm. 336(4) ページ: 1259-1267
• [雑誌論文] Catalytic Activation of Plant MAPK Phosphatase NtMKP1 by Its Physiological Substrate SIPK, but Not by Calmodulins. (2005)
  • 著者名/発表者名: Katou, S., Karita, E., Yamakawa, H., Seo, S., Mitsuhara, I., Kuchitsu, K., Ohashi, Y.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280(47) ページ: 39569-39581
• [雑誌論文] Early ABA Signaling Events in Guard Cells. (2005)
  • 著者名/発表者名: Pei, Z.-M., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: J.Plant Growth Regul. 24(4) ページ: 296-307