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2011 年度 実績報告書

シロイヌナズナの機械刺激受容体の構造と機能

公募研究

研究領域植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで
研究課題/領域番号 23120509
研究機関東京学芸大学

研究代表者

飯田 秀利  東京学芸大学, 教育学部, 教授 (70124435)

キーワード機械受容チャネル / カルシウムチャネル / 構造機能相関 / 膜貫通領域 / 膜トポロジー / パッチクランプ / 植物 / シロイヌナズナ
研究概要

シロイヌナズナのMCA1とそのパラログであるMCA2は機械受容に関与する膜タンパク質である。
MCAIとMCA2は既知のイオンチャネルと相同性がないが、これまでの我々の研究から新規のイオンチャネルであると予想される。そこで、両タンパク質が機械受容性Ca^<2+>チャネル活性を確かにもつことを証明するために、名古屋大学の古市卓也博士、辰巳仁史准教授、曽我部正博教授と共同でゼノパス卵母細胞を利用したパッチクランプ法で調べるための実験系を立ち上げた。また、MCA1とMCA2の構造機能相関の研究において、N末端およびC末端から段階的に削除して、どの領域がCa^<2+>取込みに必要かを調べ得た。その結果、どちらのタンパク質もN末端から約44%の領域がCa^<2+>取込みに必要十分であることが分かった。更にこの領域にはN末端近傍に膜貫通領セグメントと予想される領域があり、しかもこのセグメントの中にCa^<2+>の透過性に関与すると予想されるAsp残基が存在することが分かった。In vitro mutagenesis法により、このセグメントを欠失したMCA1とMCA2は活性を完全に失い、このAsp残基がAsnに置換されたMCA1も完全失活し、同じ置換を受けたMCA2は部分失活することを見出した(〔雑誌論文〕の2を参照)。これらのことは、この膜貫通セグメントがCa^<2+>の透過に重要であることを示している。更に、酵母発現系を利用して、MCA1とMCA2の膜トポロジーを決めた。その結果、上記のN末端近傍の膜貫通セグメントを唯一の膜貫通領域として、N末端が細胞の外側、C末端が細胞の内側に位置することを突き止めた。現在、この結論が正しいことを、別の発現系を利用して確かめている。以上の知見は、植物における動物にはない新規の機械受容性Ca^<2+>チャネルの発見と構造機能相関の解明であり、当該分野で大きな成果だと言える。

現在までの達成度 (区分)
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

本年度の研究により、MCA1とMCA2がより明確に新規の機械受容性Ca^<2+>チャネルであることが示されたばかりでなく、その構造と機能の関係が相当の精度で明らかにされた、

今後の研究の推進方策

MCA1とMCA2の構造機能相関を更に明らかにするために、インビトロの転写翻訳系で作らせたタンパク質を用いて膜トポロジーを決定するとともに、そのタンパク質について人口膜上でパッチクランプ実験を行い、単独分子での機械受容性とイオン選択性を調べる。さらには、新学術領域研究の班員と共同で、MCA1とMCA2の新規の生理機能を解明する。この研究は平成23年度に良好な成果を得ているので、今後大いに発展すると期待される。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Plasma membrane protein OsMCA1 is involved in regulation of hypo-osmotic shock-induced Ca^<2+> influx and modulates generation of reactive oxygen species in cultured rice cells2012

    • 著者名/発表者名
      Kurusu T, Nishikawa D, Yamazaki Y, Gotoh M, Nakano M, Hamada H, Yamanaka T, Iida K, Nakagawa Y, Saji H, Shinozaki K, Iida H, Kuchitsu K
    • 雑誌名

      BMC Plant Biology

      巻: 12:11 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1186/1471-2229-12-11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanoreception in motile flagella of Chlamydomonas2011

    • 著者名/発表者名
      Fujiu, K., Nakayama, Y., Iida, H., Sokabe, M., Yoshimura, K.
    • 雑誌名

      Nat.Cell Biol.

      巻: 13 ページ: 630-633

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Determination of structural regions important for Ca^<2+> uptake activity in Arabidopsis MCA1 and MCA2 expressed in yeast2011

    • 著者名/発表者名
      Nakano, M., Iida, K., Nyunoya, H., Iida, H.
    • 雑誌名

      Plant Cell Physiol.

      巻: 52 ページ: 1915-1930

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Involvement of the putative Ca^<2+>-permeable mechanosensitive channels, NtMCA1 and NtMCA2, in Ca^<2+> uptake, Ca^<2+>- dependent cell proliferation and mechanical stress-induced gene expression in tobacco (Nicotianatabacum) BY-2 cells2011

    • 著者名/発表者名
      Kurusu, T., Yamanaka, T., Nakano, M., Takiguchi, A., Ogasawara, Y., Hayashi, T., Iida, K., Hanamata, S., Shinozaki, K., Iida, H., Kuchitsu, K.
    • 雑誌名

      J.Plant Res.

      巻: 13(印刷中)

    • DOI

      10.1007/s10265-011-0462-6

    • 査読あり
  • [学会発表] Mechanosensitive channels essential for the hypo-osmotic shock response in fission yeast2012

    • 著者名/発表者名
      中山義敬、飯田秀利
    • 学会等名
      日本農芸化学会大会2012
    • 発表場所
      京都女子大学(京都市)
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] 酵母細胞を利用したシロイヌナズナのMCA1とMCA2の低浸透圧応答性の研究2012

    • 著者名/発表者名
      中野正貴、飯田和子、丹生谷博、飯田秀利
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学(京都市)
    • 年月日
      2012-03-18
  • [学会発表] 出芽酵母と植物に固有のCa^<2+>チャネル-その構造と役割2012

    • 著者名/発表者名
      飯田秀利
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学(京都市)(招待講演)
    • 年月日
      2012-03-16
  • [学会発表] 分裂酵母の低浸透圧ショックに対する生存に必要な機械受容チャネル2011

    • 著者名/発表者名
      中山義敬、吉村建二郎、飯田秀利
    • 学会等名
      第34回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2011-12-15
  • [学会発表] シロイヌナズナのCa^<2+>透過性機械受容チャネル候補MCA1とMCA2のCa^<2+>取込み活性に重要な領域の特定2011

    • 著者名/発表者名
      中野正貴、飯田和子、丹生谷博、飯田秀利
    • 学会等名
      第34回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2011-12-15
  • [学会発表] シロイヌナズナのCa^<2+>透過性機械受容チャネル候補MCA1およびMCA2の膜トポロジーの決定2011

    • 著者名/発表者名
      鎌野俊平, 飯田和子、雷凱健、飯田秀利
    • 学会等名
      第34回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2011-12-13
  • [学会発表] 植物の機械刺激受容とCa^<2+>シグナリング2011

    • 著者名/発表者名
      飯田秀利
    • 学会等名
      日本植物学会第75回大会
    • 発表場所
      東京大学駒場キャンパス(東京都)(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-17
  • [備考]

    • URL

      http://www.u-gakugei.ac.jp/~iida/

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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