アクチン繊維を極性揃えて配向させる植物ミオシンの新規機能の解明

阐明植物肌球蛋白极化和定向肌动蛋白纤维的新功能

基本信息

批准号：
20K06583
负责人：
伊藤光二
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

植物細胞内ではアクチン繊維が極性を揃えて配向しており、またアクチン繊維も束化様になっている。この極性を揃えたアクチン繊維の上を，小胞体に結合したミオシンXIが一方向に動くので，植物細胞内では原形質流動と呼ばれている一方向性の流れが生じている。近年，様々な実験結果から「ミオシンXIとアクチン繊維との相互作用により，アクチン繊維は自律的に極性を揃えて配向する」ことが示唆されている。しかし，その分子機構は不明である。本研究においては、この機能解明のため、研究代表者が独自に開発したミオシンXIの発現、精製系により様々な種類のミオシンXIを精製し、そして、精製した様々な種類のミオシンXIを用いて、ミオシンXIの酵素・運動機能はじめ様々な生物物理学的、生化学的な手法による機能解析・構造解析を行った。2022年2月のPNASで、ミオシンXIの最初の高解像度結晶構造を世界に先かげての発表したが、この構造解析したシロイヌナズナのミオシンXIの１つであるAtXI-2のモータードメイン（MD）はアクチンを極性揃えて配向させる性質およびアクチン繊維の束化能が顕著である。一方、シャジクモのミオシンCcXIはアクチンを極性揃えて配向させず、アクチン繊維の束可能がほとんどない。そこで、AtXI-2 MDの様々な部位をCcXIに該当領域に置換することにより、アクチン繊維が極性を揃えて配向させ、アクチン繊維を束化を担うAtXI-2 MD内の領域の探索を行った。その結果、これまで機能が未知であったミオシンのMDのN末端サブドメインにアクチン繊維の束化を担う部分があることを明らかにした。

在植物细胞中，肌动蛋白纤维以统一的极性定向，并且肌动蛋白纤维也是成束的。肌球蛋白 X 与内质网结合，在这些极化的肌动蛋白纤维上沿一个方向移动，在植物细胞内产生一种称为血浆流的单向流动。近年来，各种实验结果表明“肌球蛋白 XI 和肌动蛋白纤维之间的相互作用导致肌动蛋白纤维自主调整其极性并定向。”然而，其分子机制尚不清楚。在本研究中，为了阐明这一功能，我们使用主要研究者独立开发的肌球蛋白XI表达和纯化系统纯化了各种类型的肌球蛋白XI，并使用各种纯化的肌球蛋白XI进行了肌球蛋白XI的功能和结构分析。各种生物物理和生化方法，包括其酶促和运动功能。在 2022 年 2 月的 PNAS 上，我们宣布了第一个高分辨率肌球蛋白晶体结构，该结构以其以均匀极性定向肌动蛋白的能力以及捆绑肌动蛋白纤维的能力而闻名。另一方面，蜘蛛的肌球蛋白CcXI并不以均匀的极性定向肌动蛋白，并且几乎不存在肌动蛋白纤维的成束。因此，通过用 CcXI 替换 AtXI-2 MD 的各个部分，我们对齐了肌动蛋白纤维的极性并定向它们，并搜索了 AtXI-2 MD 中负责捆绑肌动蛋白纤维的区域。结果表明，肌球蛋白 MD 的 N 末端亚结构域中有一个迄今为止其功能尚不清楚的部分，负责捆绑肌动蛋白纤维。

项目成果

期刊论文数量（19）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Structure-function Relationship of the Fastest Myosin

最快肌球蛋白的结构-功能关系

DOI：
10.2142/biophys.63.91
发表时间：
2023
期刊：
Seibutsu Butsuri
影响因子：
0
作者：
Kondo Tatsuya;Nakamura Yui;Nojima Shingo;Yao Min;Imai Tomoya;伊藤光二，原口武士，玉那覇正典，鈴木花野，村田武士
通讯作者：
伊藤光二，原口武士，玉那覇正典，鈴木花野，村田武士

CbM4の持つ時計回りの運動活性の解析

CbM4 顺时针运动活动分析

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
吉村考平 ;伊美拓真 ;原口武士 ;玉那覇正典 ;伊藤光二
通讯作者：
伊藤光二

植物ミオシンにおけるアクチン上での非対称運動の網羅的解析

植物肌球蛋白对肌动蛋白不对称运动的综合分析

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
吉村考平 ;伊美拓真 ;原口武士 ;玉那覇正典 ;伊藤光二;新海陽一;Kiyoto Kamagata;伊美拓真，吉村考平，原口武士，伊藤光二
通讯作者：
伊美拓真，吉村考平，原口武士，伊藤光二

Chiral orientation of actin filaments is autonomously formed by certain plant myosin

肌动蛋白丝的手性取向是由某些植物肌球蛋白自主形成的

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
伊藤光二 ; 原口武士 ;吉村孝平 ;伊美拓真
通讯作者：
伊美拓真

Functional analysis of plant-specific myosin XIs

植物特异性肌球蛋白 XIs 的功能分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takeshi Haraguchi;Masanori Tamanaha;Kano Suzuki;Kohei Yoshimura;Takuma Imi;Motoki Tominaga;Hidetoshi Sakayama;Tomoaki Nishiyama;Takeshi Murata;Kohji Ito
通讯作者：
Kohji Ito