カルシウムシグナリングはなぜ多様性を発揮できるのか：情報変換分子の解明

为什么信息转导分子的钙信号传导如此多样化？

• 批准号: 19K22276
• 负责人: 前島 正義
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Chubu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-06-28 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K22276/
• 关键词: 情報変換; 細胞膜; カルシウムシグナル; 脂質シグナル; カルシウムシグナリング; 脂質シグナリング; 水分屈性; イノシトールリン酸

生命科学の難問である「カルシウムシグナリングはなぜ多様性を発揮できるのか？」を解くことを目標としている。細胞情報シグナリングは、カルシウム、cAMP、イノシトールリン脂質が主役となり、状況に応じて時空間特異的に情報を的確に伝える。中でもCaは二次メッセンジャーとして重要である。細胞質Caは極めて低い濃度に精密に維持され、Ca濃度の一過的な上昇により、例えばカルモジュリンがCaと複合体を形成してキナーゼを活性化し、標的タンパク質の機能を調節する。植物では、光・ホルモン・病理・機械刺激応答、重力屈性等、Caが介在する反応は多様である。では、なぜCaの濃度変化は多様な応答を引き起こすことができるのだろうか？　この問に関連する分子として細胞膜結合型Ca結合タンパク質PCaPを見出した。このPCaPは、CaM/Caとホスファチジルイノシトールリン酸（PIP）に拮抗的に結合し、CaM/Caが形成されると、PCaPは結合していたPIPを遊離する。PCaPが、Caシグナルを脂質シグナルに変換するハブ機能を果たしている可能性が高い。カルシウムシグナリングの多様性の分子機構解明につながると期待しつつ、下記の実験を進めた。（1）シロイヌナズナのPCaP1遺伝子欠失株では根の水分屈性が低下することを見出し、根の特定の細胞でのPCaPの細胞内局在性が顕著に変化すること、そして水分屈性に関わるMIZ1遺伝子との関連等の知見をまとめて論文発表した。（2）PCaPと相互作用する情報脂質分子を可視化するための蛍光プローブ導入株の作出を進めている。（3）シロイヌナズナに加えて、コケ植物にもPCaP類縁分子が存在することを遺伝子レベルで見出した。その遺伝子欠失株では、植物体の形態的変化（表現型）が著しく、新たな研究対象植物に加えた。この分子の挙動を明らかにし、相互作用分子を解明するために特異抗体を調製した。

我们的目标是解决生命科学中的一个难题：“为什么钙信号传导表现出如此多样性？”钙、cAMP和肌醇磷脂在细胞信息信号传导中起主导作用，根据情况以时空方式准确地传递信息。其中，Ca作为第二信使很重要。细胞质中的 Ca 精确地维持在极低的浓度，Ca 浓度的瞬时升高会导致钙调蛋白等与 Ca 形成复合物并激活激酶，从而调节靶蛋白的功能。在植物中，钙介导的反应是多种多样的，包括光、激素、病理、机械刺激反应和向地性。那么为什么 Ca 浓度的变化会引起不同的反应呢？我们发现细胞膜结合的 Ca 结合蛋白 PCaP 作为与这个问题相关的分子。这种 PCaP 竞争性地结合 CaM/Ca 和磷脂酰肌醇磷酸 (PIP)，当 CaM/Ca 形成时，PCaP 释放结合的 PIP。 PCaP 很可能充当将 Ca 信号转化为脂质信号的枢纽。我们进行了以下实验，希望它们能够阐明钙信号传导多样性背后的分子机制。 (1)我们发现拟南芥PCaP1基因缺失株的根向水性降低，并且PCaP在根部特定细胞中的细胞内定位发生显着改变，并发表了一篇论文，总结了这一发现。关于与 MIZ1 基因的关系。 (2) 我们正在创建带有荧光探针的菌株，以可视化与 PCaP 相互作用的脂质分子信息。 (3)我们在基因水平上发现除拟南芥外，苔藓植物中也存在PCaP相关分子。该基因缺失菌株在植物中表现出显着的形态变化（表型），并被添加为新的研究目标。我们制备了特异性抗体来阐明该分子的行为并阐明相互作用的分子。

项目成果

Plasma Membrane-Associated Ca2+-Binding Protein PCaP1 is Involved in Root Hydrotropism of Arabidopsis thaliana.

• DOI: 10.1093/pcp/pcz042
• 发表时间: 2019-06
• 期刊: Plant & cell physiology
• 影响因子: 4.9
• 作者: Natsuki Tanaka-Takada;A. Kobayashi;Hideyuki Takahashi;Takehiro Kamiya;T. Kinoshita;M. Maeshima

新規情報伝達タンパク質PCaP1 のメリステム形成への影響

新型信号蛋白PCaP1对分生组织形成的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: Takahara Terunao;Amemiya Yuna;Sugiyama Risa;Maki Masatoshi;Shibata Hideki;田中奈月，水谷未耶，奥田慎平，西浜竜一，河内孝之，前島正義，Liam Dolan
• 通讯作者: 田中奈月，水谷未耶，奥田慎平，西浜竜一，河内孝之，前島正義，Liam Dolan

A cell-wall protein SRPP provides physiological integrity to the Arabidopsis seed

• DOI: 10.1007/s10265-018-01083-6
• 发表时间: 2019-01
• 期刊: Journal of Plant Research
• 影响因子: 2.8
• 作者: H. Uno;Natsuki Tanaka-Takada;Momoko Hattori;Mayu Fukuda;M. Maeshima

Sapienza University(イタリア)

第一大学（意大利）

Arabidopsis PCaP2 modulates the phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate signal on the plasma membrane to attenuates root hair elongation.

拟南芥 PCaP2 调节质膜上的磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸信号，以减弱根毛伸长。

• 发表时间: 2019
• 期刊: The Plant Journal
• 作者: Kato;M.;Tsuge;T.;Maeshima;M.;and Aoyama;T.
• 通讯作者: T.