気孔孔辺細胞における青色光情報伝達と細胞膜H^+-ATPaseの制御機構

气孔保卫细胞蓝光信息转导及质膜H^+-ATP酶的调控机制

基本信息

批准号：
12025225
负责人：
島崎研一郎
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12025225/
关键词：
フシコクシン気孔孔辺細胞 14-3-3タンパク質細胞膜H^+-ATPase 青色光

项目摘要

気孔孔辺細胞はカビ毒フシコクシンを添加されると、細胞膜H^+-ATPaseが非可逆的に活性化され、気孔が開いたままになり、葉の枯死を引き起こす。一方、生理的シグナルである青色光によって細胞膜H^+-ATPaseが活性化される場合その反応は可逆的で、青色光の刺激がなくなると気孔を閉鎖させる。今までの研究から青色光による細胞膜H^+-ATPaseの活性化がリン酸化を介して引き起こされる事が解明されていたが、フシコクシンの作用機構については特にリン酸化の関与を巡って議論がわかれていた。これらの事に関して研究を行い以下の成果を得た。フシコクシンにより細胞膜H^+-ATPaseがリン酸化され、そのリン酸化レベルとH^+-ATPaseの活性が良く一致した。また、リン酸化の部位やアミノ酸は青色光によってリン酸化されるものとほぼ完全に一致した。この事実は細胞膜H^+-ATPaseの活性化機構は青色光とフシコクシンの両者で同一である事を示している。また、フシコクシンによる細胞膜H^+-ATPaseのリン酸化反応はプロテインキナーゼ阻害剤、K-252aにより阻害されなかった。一方、青色光による細胞膜H^+-ATPaseのリン酸化はほぼ完全に阻害された。また、フシコクシン添加の場合、細胞膜H^+-ATPaseのリン酸化反応によって14-3-3タンパク質が結合するが、この結合が不可逆的であった。以上の研究によってフシコクシンの作用はリン酸化の進行は青色光の場合と全く同じであるが、一旦、14-3-3タンパク質が結合するとこの結合が非常に強くて、活性化状態が保たれると考えられる。

当气孔保卫细胞用霉菌毒素梭菌素处理时，质膜 H^+-ATP 酶被不可逆地激活，保持气孔开放并导致叶片死亡。另一方面，当细胞膜H^+-ATPase被蓝光激活时，这是一种生理信号，反应是可逆的，当蓝光刺激去除时，气孔关闭。先前的研究表明，蓝光对细胞膜H^+-ATPase的激活是通过磷酸化引起的，但fusicoccin的作用机制仍存在争议，特别是关于磷酸化的参与。我们针对这些问题进行了研究，并得到了以下结果。细胞膜H^+-ATPase被fusicoccin磷酸化，磷酸化水平与H^+-ATPase活性吻合良好。此外，磷酸化位点和氨基酸与蓝光磷酸化的磷酸化位点和氨基酸几乎完全相同。这一事实表明，蓝光和梭菌素的质膜H^+-ATP酶的激活机制是相同的。此外，fusicoccin对质膜H^+-ATP酶的磷酸化反应不被蛋白激酶抑制剂K-252a抑制。另一方面，蓝光对质膜H^+-ATP酶的磷酸化作用几乎完全被抑制。另外，当添加梭菌素时，14-3-3蛋白通过细胞膜H^+-ATP酶的磷酸化反应结合，但这种结合是不可逆的。上述研究表明，梭菌素的作用是磷酸化的进行与蓝光的情况完全相同，但一旦14-3-3蛋白结合，这种结合就非常强，并且保持激活状态。是这样认为的。