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。利用产生大量高纯度液泡膜的日本萝卜，获得并分析了名为γ-VM23和δ-VM23的分子的cDNA。将两种 mRNA 注射到爪蟾卵中，测量水通道功能（合作研究：国立生理科学研究所冈田康信教授和森岛茂博士）。注射γ-VM23 mRNA的卵子传输速率为83.9x10^<-4>cm/s，δ-VM23的传输速率为67.1x10^<-4>cm/s，高出7倍多与注射水的鸡蛋相比，观察到该速率有所增加。这一结果表明两者都是水道。 γ和δ的氨基酸序列有60%相同。 γ-VM23在根、茎、叶中均有表达，但在根中未检测到γ-VM23 mRNA。据推测，植物地上部分和地下部分的水通道表达调节不同。日本萝卜细胞质水通道的结构也被揭示。细胞质水通道（PAQ1）由286个氨基酸组成，其N端部分比液泡型长约30个残基。与液泡型分子相比，只有36%的氨基酸与γ-VM23相同，38%的氨基酸与δ-VM23相同。今后我想对细胞质膜和液泡膜中的各个分子进行比较，明确各个分子的配合和功能分工。此外，我们分析了液泡膜Ca^2+-ATP酶和Ca^2+/H^+反向转运蛋白。植物细胞中主要的细胞内Ca 2+ 库是液泡。我们阐明了Ca^<2+-ATPase 和Ca^<2+>/H^+ 逆向转运蛋白的酶学特性，它们是Ca^<2+> 到液泡的主动转运蛋白。液泡膜Ca 2+ -ATP酶仅使用ATP作为底物并且在低Ca 2+ 条件下表现出高活性。另一方面，Ca ^ 2+ /H ^+ 逆向转运蛋白在10μM或更高时显示出高活性。考虑到生理细胞溶质Ca^<2+>浓度，Ca^<2+-ATPase发挥主要Ca^<2+>转运蛋白的作用，并且反向转运蛋白将细胞溶质Ca2+维持在1μM以下，据认为它们发挥了作用。

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)。