植物のメリステム構築とサイクリン依存性キナーゼの活性制御機構

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640642
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 梅田 正明 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教授 (80221810)
• Keywords: 植物 / 細胞分裂 / 細胞周期 / 分裂組織 / サイクリン依存性キナーゼ / CDK活性化キナーゼ / サイクリン / RNAポリメラーゼII

Research Abstract

シロイヌナズナの4種類のCDK活性化キナーゼ(CAK1〜4)について、その生化学的特徴を明らかにした。まず、サイクリンHとの結合性を解析した結果、CAK2,CAK3,CAK4はいずれもサイクリンHと結合するものの、CAK3の結合活性は非常に低いこと、逆にCAK4は非常に高い結合活性をもっていることが明らかになった。それぞれに特異的な抗体を作成して培養細胞における複合体形成とそれらの酵素活性について検討した結果、CAK2はCDKとRNAポリメラーゼIIのCTD(C末端繰り返し配列)という異なる基質をリン酸化する独立した活性型複合体を形成することが示された。一方で、CAK4はCTDを強くリン酸化する低分子量複合体の存在が明らかになった。さらに興味深いことに、T-DNAが染色体に挿入する際にパイロットタンパク質として働くアグロバクテリウムのVirD2タンパク質がCAK4によりリン酸化されることが明らかになった。一方、CAK1は約150kDaの単一の複合体を形成し、非常に高いCDK活性化キナーゼ活性を有することが示された。
各CAK遺伝子についてT-DNA挿入変異体の単離を試みた。その結果、CAK3はノックアウト植物で全く表現型が現れないことが明らかになった。これは、CAK3がin vitroで活性をもたないこととよく合う。一方、CAK1とCAK4に関してはホモで胚致死になることが示された。また。サイクリンHのT-DNA挿入変異体でも同様であった。CAK2に関してはホモ個体が得られているが、現在さらに詳細な解析を進めている。また、サイクリンH遺伝子は培養細胞において、ショ糖や植物ホルモン(オーキシン、サイトカイニンなど)の刺激により転写量が上がることが示され、外的・内的シグナルを細胞周期に伝える重要な役割を担っている可能性が示唆された。

Research Products

• [Publications] Yamaguchi, M.: "Control of in vitro organogenesis by cyclin-dependent kinase activities in plants."Proc.Natl.Acad.Sci., USA. 100. 8019-8023 (2003)
• [Publications] Bako, L.: "The VirD2 pilot protein of Agrobacterium-transferred DNA interacts with the TATA box-binding protein and a nuclear protein kinase in plants."Proc.Natl.Acad.Sci., USA. 100. 10108-10113 (2003)
• [Publications] Barrero, R.A.: "Over-expression of Arabidopsis CAP causes decreased cell expansion leading to organ size reduction in transgenic tobacco plants."Ann.Bot. 91. 599-603 (2003)