植物液胞膜水チャネルとプロトンポンプの分子構造と機能調節

植物液泡膜水通道和质子泵的分子结构和功能调控

• 批准号: 08268222
• 负责人: 前島 正義
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08268222/
• 关键词: 水チャネル; 液胞膜; カルシウムポンプ; Ca^<2+>; H^+対向輸送体

まず水チャネルの分子構造をcDNAクローニングを通して明らかにした。高純度の液胞膜が多量に得られるダイコンを材料とし、γ-VM23とδ-VM23と名付けた分子のcDNAを得て解析した。2つのmRNAをツメガエル卵に注入し、水チャネル機能を測定した(共同研究:生理学研究所 岡田泰伸教授、森島繁博士)。γ-VM23のmRNA注入した卵では83.9x10^<-4>cm/s、δ-VM23は67.1x10^<-4>cm/sであり、水を注入した卵に比べ7倍以上の水透過率の上昇が見られた。この結果は2つが水チャネルであることを示している。γとδのアミノ酸配列は60%が一致した。γ-VM23は根、茎、葉いずれでも発現していたが、γ-VM23のmRNAは根には検出できなかった。植物の地上部と地下部で水チャネルの発現調節が異なるものと推定される。ダイコンの細胞質膜型水チャネルの構造も明らかにした。細胞質膜型水チャネル(PAQ1)はアミノ酸286個からなり、液胞型よりも30数残基N端側部分が長い。液胞型分子と比較すると、γ-VM23とは36%、δ-VM23とは38%のアミノ酸が一致するのみであった。今後細胞質膜と液胞膜の各分子を比較しつつ、各分子の協関、機能分担を明確にしたい。さらに、液胞膜Ca^<2+>-ATPaseとCa^<2+>/H^+対向輸送体に関する解析を行った。植物細胞の主要な細胞内Ca^<2+>プールは液胞である。液胞へCa^<2+>を能動輸送する装置として、Ca^<2+>-ATPaseとCa^<2+>/H^+対向輸送体の酵素学的性質を明らかにした。液胞膜Ca^<2+>-ATPaseはATPのみを基質とし低Ca^<2+>条件で高い活性を発揮する。一方、Ca^<2+>/H^+対向輸送体は10μM以上で高い活性を示す。生理的な細胞質Ca^<2+>濃度を考慮すると、Ca^<2+>-ATPaseが主要なCa^<2+>輸送体として機能し、対向輸送体は細胞質Ca2+を1μM以下に維持する役割を担っていると考えられる。

首先，通过cDNA克隆揭示了水通道的分子结构。使用萝卜（萝卜具有大量高纯度液泡膜，作为一种材料），并获得了名为γ-VM23和δ-VM23的分子的cDNA，并进行了分析。将两个mRNA注入Xenopus卵以测量水通道功能（合作研究：冈田Yasunobu教授，Morishima Shigeru博士，生理学研究所）。注入γ-VM23 mRNA的卵为83.9x10^<-4> cm/s，δ-VM23为67.1x10^<-4> cm/s，表明水的渗透性增加了7倍以上的鸡蛋。该结果表明这两个是水通道。 γ和δ的氨基酸序列匹配60％。 γ-VM23在根，茎和叶中均表达，但是在根中无法检测到γ-VM23的mRNA。假定水通道表达的调节在地上和地下植物之间有所不同。还阐明了萝卜的细胞质膜型水通道的结构。细胞质膜型水通道（PAQ1）由286个氨基酸组成，与液泡类型相比，N端的N末端更长。与液泡分子相比，只有36％氨基酸与γ-VM23和38％的氨基酸与δ-VM23相匹配。将来，我们想比较细胞质膜和液泡膜的分子，并阐明每个分子的合作和功能分裂。此外，对液泡膜Ca^<2+> - ATPase和Ca^<2+>/H^+相对转运蛋白进行了分析。植物细胞的主要细胞内Ca^<2+池是液泡。 Ca^<2+> - ATPase和Ca^<2+>/H^+对应物转运蛋白的酶促性能被阐明为主动将Ca^<2+>积极运输到液泡的设备。液泡膜Ca^<2+> - ATPase仅使用ATP作为底物，并在低Ca^<2+>条件下表现出较高的活性。另一方面，CA^<2+>/H^+相对的转运蛋白在10μm或更高的情况下表现出较高的活性。考虑到生理细胞质Ca^<2+>浓度，人们认为Ca^<2+> - ATPase充当主要的Ca^<2+>转运蛋白，并且反转运蛋白在维持细胞质Ca2+1μm以下起作用。

项目成果

Maeshima,M.: "Proton pumps of vacuolar membrane in growing plant cell." Journal of Plant Research. 109. 119-125 (1996)

Maeshima,M.：“生长植物细胞中液泡膜的质子泵。”

Matsumoto,H.: "Response of the plant root to aluminium stress : analysis of the inhibiton of the root elongation and changes in membrane function." Journal of Plant Research. 109. 99-105 (1996)

Matsumoto,H.：“植物根部对铝胁迫的响应：根伸长抑制和膜功能变化的分析。”

Higuchi,T.: "Complete nucleotide sequence of a cDNA for an intrinsic protein in vacular membranes from radish (Raphanus sativus) roots (PGR96-045)" Plant Physiology. 111. 947 (1996)

Higuchi,T.：“萝卜（Raphanus sativus）根的血管膜内含蛋白的 cDNA 的完整核苷酸序列（PGR96-045）”植物生理学。

前島正義: "植物細胞における液胞機能のダイナミクス" 遺伝. 50. 45-49 (1996)

Masayoshi Maejima：“植物细胞液泡功能的动力学”遗传学 50. 45-49 (1996)。