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: 09257221
• 负责人: 前島 正義
• 金额: $ 1.22万
• 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: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09257221/
• 关键词: H^+-PPase; H^+-ATPase; Ca^<2+>; H^+交換輸送体; 水チャネル; 液胞膜

植物細胞の液胞機能を支えている膜輸送分子について、分子構造、機能の特徴を解明し、輸送系ネットワークを総合的に考察することを研究目的とした。具体的にはプロトンポンプ(H^+-ATPaseとH^+-pyrophosphatase)、Ca^<2+>-ATPaseとCa^<2+>/H^+対向輸送体、水チャネル(VM23)を対象とした。(1)液胞膜H^+-PPaseの解析:高等植物の祖先にあたると考えられるシャジクモのH^+-PPaseのcDNAを得た。アミノ酸配列の相同性は高等植物間では約90%であるが、高等植物とカサノリでは70%であり、植物の進化と分子進化の時間経過を反映していると考えられた。触媒部位と推定している配列は保存されていた。また、機能調節-構造相関を解析するために、酵母での発現系を確立することができた。(2)液胞膜Ca^<2+>能動輸送系:液胞膜はCa^<2+>回収装置としてCa^<2+>-ATPaseとCa^<2+>/H^+交換輸送体を備え、細胞質Ca^<2+>濃度を規定している。本年度、交換輸送体のcDNAから一次構造(444アミノ酸)を明らかにした。高疎水性のタンパク質で11個の膜ドメインが推定され、分子中央の酸性アミノ酸に富む領域(16残基)はCa^<2+>識別に関与していると考えられる。抗体も得た。2つの輸送装置の協関を明確にしたい。(3)水チャネル:ダイコンの液胞膜水チャネル(γ-VM23,δ-VM23)に加えて細胞膜型(PAQ1,2)のクローンを得た。いずれも伸長生長の盛んな胚軸と若い葉の葉脈でmRNA量の量が多かった。細胞膜型と液胞型水チャネルは協調的に発現している場合が多かった。液胞膜水チャネルが膜の30-50%を占める点は、生物界の中でも植物液胞のもつ最も重要な特徴である。植物液胞膜は僅かな浸透圧差を利用して急速に多量の水を透過させる必要があるものと推定される。

该研究旨在阐明支持植物细胞液泡功能的膜转运分子的分子结构和功能特性，并全面考虑转运网络。具体而言，目标是质子泵（H^+ATPase和H^+ - 焦磷酸酶），Ca^<2+> - ATPase和Ca^<2+>/H^+相反的转运蛋白以及水通道（VM23）。 （1）获得了液泡膜H^+-PPase的分析：蛇蜘蛛的H^+ - PPase的cDNA，被认为是较高植物的祖先。较高植物中的氨基酸序列同源性约为90％，但在较高的植物和卡萨诺利中为70％，这被认为反映了植物进化和分子进化的时间过程。作为催化位点推导的序列是保守的。另外，可以建立酵母中的表达系统来分析功能调节结构相关性。 （2）液泡膜Ca^<2+>主动传输系统：液泡膜配备Ca^<2+> - ATPase，Ca^<2+>/H^+交换器作为CA^<2+>恢复设备，并定义细胞质Ca^<2+>浓度。今年，交换转运蛋白的cDNA揭示了主要结构（444个氨基酸）。 11膜结构域是高度疏水蛋白的，酸性氨基酸丰富度（16个残基）的中心区域被认为与CA^<2+>鉴定有关。还获得了抗体。我想澄清两个运输设备之间的合作。 （3）水通道：除了萝卜的液泡膜水通道（γ-VM23，δ-VM23）外，还获得了质膜类型（PAQ1，2）的克隆。两者在下胚轴中具有较高的mRNA水平，其生长延长和幼叶的静脉。细胞膜型和液泡型水通道通常以协调的方式表达。液泡膜水通道占膜的30-50％是生物世界中植物液泡的最重要特征。据估计，植物液泡膜需要使用较小的渗透差异迅速渗透大量水。

项目成果

Matsuoka, K.: "A vacuolar H^+-ATPase in a nonvacuolar organelle is required for the sorting of soluble vacuolar protein precursors in tobacco cells." Plant Cell. 9. 533-546 (1997)

Matsuoka, K.：“分选烟草细胞中的可溶性液泡蛋白前体需要非液泡细胞器中的液泡 H+ -ATP 酶。”

Smart, L.B.: "Genes involved in osmoregulation durign turgor-driven cell expansion of developing cottonfibers are diffentially regulated." Plant Physiol.116 (in press). (1998)

Smart，L.B.：“在发育中的棉纤维的膨胀驱动的细胞扩张过程中，参与渗透调节的基因受到了不同的调节。”

Odaira, M.: "Accumulation of a glycoprotein homologous to seed storage protein in mung bean hypocotyls in the late stage of tissue elongation." Plant Cell Physiol.38. 290-296 (1997)

Odaira, M.：“在组织伸长的后期，绿豆下胚轴中与种子储存蛋白同源的糖蛋白的积累。”

Shiratake, K.: "Changes in H^+-pumps and a tonoplasat intrinsic protein of vacuolar membranes during the development of pear fruit." Plant Cell Physiol.38. 1039-1045 (1997)

Shiratake, K.：“梨果实发育过程中H^-泵和液泡膜内在蛋白的变化。”

Takasu, A.: "Analysis of substrate binding site and carboxyl terminal region of vacuolar H^+ translocating pyrophosphatase of mung bean with peptide antibodies." J.Biochem.122. 883-889 (1997)

Takasu, A.：“用肽抗体分析绿豆液泡 H+ 转位焦磷酸酶的底物结合位点和羧基末端区域。”