細胞壁の構築と生理機能発現における膜交通の役割と分子機構の解析

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Plant cell wall as information-processing system
• Project/Area Number: 24114003
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 上田 貴志 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10311333)
• Project Period (FY): 2012-06-28 – 2017-03-31
• Keywords: エンドサイトーシス / ダイナミン / クラスリン / セルロース合成酵素複合体 / 超解像イメージング

Research Abstract

シロイヌナズナの一次細胞壁を合成するセルロース合成装置複合体が，どこでいつ集合するのかを明らかにするため，各サブユニット間の共局在解析やFRET解析等のイメージング解析を計画しており，現在そこで用いる様々な可視化ラインの作製を進めている．今年度は，５ライン程度の作出が完了した．また，細胞壁の合成過程におけるエキソサイトーシスのリアルタイム可視化を目指し，FRET probeの開発を進めた．SNAP33に蛍光タンパク質を融合したプローブ候補を多数作製し，Qa-SNAREと共発現させた際のFRET効率を測定した結果，効率よくFRETが起こる候補を得ることに成功した．
セルロース合成酵素複合体の動態の超解像ライブイメージング解析においても進展があった．CESA分子とクラスリン被覆，ダイナミンなどエンドサイトーシスに関わる分子の二重超解像可視化により，合成酵素複合体がダイナミン依存的なエンドサイトーシスにより細胞内へと取り込まれることを証明した．さらに，エンドサイトーシスされたCESAが細胞膜へとリサイクルされる過程で，いくつかのリン脂質が異なるステップで機能していることを明らかにした．
膜交通が細胞壁の形成と機能維持にいかに関わるのかを明らかにするため，膜交通に損傷を持つ変異体の解析も進めた．エンドサイトーシス経路と液胞輸送経路に異常を持つvps9a-2変異体における細胞壁の異常の原因が，ペクチンの異常な配置と蓄積に関連していることを明らかにした．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画に沿って順調に研究が進行している．イメージング解析では興味深いデータが蓄積するとともに，新しい可視化ツールの開発も進んでいる．

Strategy for Future Research Activity

引き続き，バイオイメージングを主な手法として用い，細胞壁と膜交通の関連を解析してゆく．膜交通に損傷を持つ変異体の細胞壁の解析については，進化細胞生物学的な視点を持ち込むべく，ゼニゴケの変異体の解析も並行して行う．

Research Products

• [Journal Article] Membrane Trafficking Pathways and their Roles in Plant-Microbe Interactions (2014)
  • Author(s): Inada, N. and Ueda, T.
  • Journal Title: Plant Cell Phys. Volume: 55 Pages: 672-686
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu046
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rab7 activation by the MON1-CCZ1 complex is essential for PVC-to-vacuole trafficking and plant growth in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): Cui, Y., Zhao, Q., Gao, C., DingY., Zeng, Y., Ueda, T., Nakano, A., and Jiang, L.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: in press Pages: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vesicular trafficking in characean green algae and the possible involvement of a VAMP72-family protein (2014)
  • Author(s): Hoepflinger, M., Hametner, C., Ueda, T. and Foissner I.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 未定 Pages: e28466
  • DOI: 10.4161/psb.28466
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sex-specific Post-translational Regulation of the Gamete Fusogen GCS1 in the Isogamous Volvocine Alga Gonium pectoral (2014)
  • Author(s): Kawai-Toyooka, H., Mori, T., Hamaji, T., Suzuki, M., Olson, BJSC., Uemura, T., Ueda, T., Nakano, A., Toyoda, A., Fujiyama, A. and Nozaki, H.
  • Journal Title: Eukaryotic Cell Volume: 未定 Pages: in press
  • DOI: 10.1128/EC.00330-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interactomics of Qa-SNARE in Arabidopsis thaliana (2014)
  • Author(s): Fujiwara, M., Uemura, T., Ebine, K., Nishimori, Y., Ueda, T., Nakano, A., Sato, MH. and Fukao, Y.
  • Journal Title: Plant Cell Phys. Volume: 55 Pages: 781-789
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A unique HEAT repeat-containing protein SHOOT GRAVITROPISM 6 is involved in vacuolar membrane dynamics in gravity sensing cells of Arabidopsis inflorescence stem (2014)
  • Author(s): Hashiguchi, Y., Yano, D., Nagafusa, K., Kato, T., Saito, C., Uemura, T., Ueda, T., Nakano, A., Tasaka, M. and Morita, MT
  • Journal Title: Plant Cell Phys. Volume: 55 Pages: 811-822
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu020
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic behavior of the trans-Golgi network in root tissues of Arabidopsis revealed by super-resolution live imaging (2014)
  • Author(s): Uemura, T., Suda, Y., Ueda, T. and Nakano, A.
  • Journal Title: Plant Cell Phys. Volume: 55 Pages: 694-703
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 膜交通経路の多様性獲得機構から見た植物のポストゴルジ輸送網 (2014)
  • Author(s): 藤本優，上田貴志
  • Journal Title: 植物科学の最前線（BSJ-Review） Volume: 未定 Pages: in press
• [Journal Article] Molecular and biochemical analysis of the first ARA6 homolog, a Rab5 GTPase, from green algae (2013)
  • Author(s): Hoepflinger, M., Geretschlaeger, A., Hoeftberger, M., Sommer, A., Nishiyama, T., Sakayama, Hammerl, P., H., Tenhaken, R., Ueda, T., Foissner I.
  • Journal Title: J. Exp. Bot. Volume: 64 Pages: 5553-68
  • DOI: 10.1093/jxb/ert322
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular mechanism of strigolactone perception by DWARF14 (2013)
  • Author(s): Nakamura, H., Xue, Y., Miyakawa, T., Hou, F., Qin, H., Fukui, K., Shi, X., Ito, E., Park, S., Miyauchi, Y., Asano, A., Totsuka, N., Ueda, T., Tanokura, M., and Asami, T.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 4 Pages: 2613
  • DOI: 10.1038/ncomms3613
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RAB5 activation is required for multiple steps in Arabidopsis thaliana root development (2013)
  • Author(s): Inoue, T., Kondo, Y., Naramoto, S., Nakano, A., and Ueda, T.
  • Journal Title: Plant Cell Phys. Volume: 54 Pages: 1648-1659
  • DOI: 10.1093/pcp/pct109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New insights into the role of RABA1 GTPases in salinity stress tolerance (2013)
  • Author(s): Asaoka, R., Uemura, T., Nishida, S., Fujiwara, T., Ueda T. and Nakano, A.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 無し Pages: e25377
  • DOI: 10.4161/psb.25377
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ARA7(Q69L) expression in transgenic Arabidopsis cells induces the formation of enlarged multivesicular bodies (2013)
  • Author(s): Jia, T., Gao, C., Cui, Y., Wang, J., Ding, Y., Cai, Y., Ueda, T., Nakano, A. and Jiang, L.
  • Journal Title: J. Exp. Bot. Volume: 64 Pages: 2817-29
  • DOI: 10.1093/jxb/ert125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A guanine nucleotide exchange factor for Rab5 proteins is essential for intracellular transport of the proglutelin from the Golgi apparatus to the protein storage vacuole in rice endosperm (2013)
  • Author(s): Fukuda, M., Wen, L., Satoh-Cruz, M., Kawagoe, Y., Nagamura, Y., Okita, TW., Washida, H., Sugino, A., Ishino, S., Ishino, Y., Ogawa, M., Sunada, M., Ueda, T., and Kumamaru, T.
  • Journal Title: Plant Phys. Volume: 162 Pages: 663-674
  • DOI: http:/ / dx. doi. org/ 10. 1104/ pp. 113
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Diversification of membrane trafficking pathways ~lessons from plants~ (2013)
  • Author(s): Takashi Ueda
  • Organizer: UK-Japan joint meeting on Plant Cell Biology
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 20130716-20130716
  • Invited