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。

本研究的目的是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征，并综合考虑转运系统网络。专门针对质子泵（H^+-ATP酶和H^+-焦磷酸酶）、Ca^<2+>-ATP酶和Ca^<2+>/H^+逆向转运蛋白以及水通道（VM23）等。 (1)液泡膜H^+-PPase分析：我们从被认为是高等植物的祖先的蜘蛛中获得了H^+-PPase的cDNA。高等植物之间的氨基酸序列同源性约为90%，而高等植物与Casanomorpha之间的同源性为70%，这被认为反映了植物进化和分子进化的时间进程。被认为是催化位点的序列是保守的。此外，我们还能够在酵母中建立表达系统来分析功能调控与结构的关系。 (2)液泡膜Ca^<2+>主动转运系统：液泡膜作为Ca^<2+回收装置，转运Ca^<2+>/H^+与Ca^<2+-的交换ATP酶体并调节细胞质Ca^2+浓度。今年，我们揭示了交换转运蛋白 cDNA 的一级结构（444 个氨基酸）。这种高度疏水性的蛋白质预计具有11个膜结构域，并且分子中心的富含酸性氨基酸的区域(16个残基)被认为参与Ca 2+ 识别。还获得了抗体。我想澄清一下这两种交通工具之间的关系。 (3)水通道：获得了萝卜液泡膜水通道(γ-VM23、δ-VM23)和细胞膜类型(PAQ1、2)的克隆。在这两种情况下，正在积极伸长的下胚轴和幼叶叶脉中的 mRNA 含量很高。细胞膜型和液泡型水通道经常协同表达。液泡膜水通道占据膜的30-50%，这是生命世界中植物液泡最重要的特征。据推测，植物液泡膜需要利用微小的渗透压差来快速渗透大量的水。

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。”

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。”

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。”

Fleurat-Lessard, P.: "Increased expression of vacuolar aquaporin and H^+-ATPase related to motor cell function in Mmosa pudica L." Plant Physiol.114. 827-834 (1997)

Fleurat-Lessard, P.：“与 Mmosa pudica L 中运动细胞功能相关的液泡水通道蛋白和 H+-ATP 酶的表达增加。”