リン酸化プロテオームによる孔辺細胞青色光情報伝達機構の解明

利用磷酸蛋白质组阐明保卫细胞蓝光信号转导机制

• 批准号: 13J05118
• 负责人: 樋山 麻美
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J05118/
• 关键词: 気孔孔辺細胞; リン酸化プロテオーム; フォトトロピン; アニオンチャネル; シグナル伝達; シロイヌナズナ; 気孔; 孔辺細胞

青色光依存の気孔開口は受容体型キナーゼであるフォトトロピンを始点としたリン酸化シグナル伝達によって引き起こされる。本研究では青色光依存の気孔開口に関わる新規因子を探索するため、孔辺細胞を材料にしてリン酸化プロテオーム解析を行った。この解析手法では既知のリン酸化タンパク質であるフォトトロピン及び細胞膜プロトンポンプのリン酸化が青色光により増加することが観察されたことから、この方法により青色光に依存してリン酸化される新規タンパク質を探索した。その結果、青色光により再現性良くリン酸化されるキナーゼが見いだされた。さらに、その最近縁のキナーゼの二重変異体を作出し、この変異体では青色光に依存した気孔開口が大きく損なわれることを見いだした。この二重変異体から孔辺細胞プロトプラストを調製し、細胞膜プロトンポンプの活性を測ったところ、青色光依存のプロトンの放出は野生株と同程度であった。孔辺細胞では青色光によって細胞膜プロトンポンプの活性化に加えて、アニオンチャネルが不活性化されることが報告されている。そこで孔辺細胞の細胞膜に存在するアニオンチャネル変異体とこのキナーゼの多重変異体を作製したところ、明暗に拘わらず気孔が開くようになり、この表現型はアニオンチャネンル変異体とほぼ同じであった。また、変異体の孔辺細胞を用いて青色光によるアニオンチャネルの阻害を調べたところ、野生型では阻害されるのに変異体では阻害されなかった。また、この変異体では青色光による気孔開口だけでなく、CO2濃度変化に対する気孔の応答も損なわれており、CO2濃度を低下させても気孔は開口しなかった。遺伝学的な解析と生化学的な解析の結果、これらのキナーゼはフォトトロピンの下流で働くと同時に、CO2情報伝達のどこかで機能し、最終的にアニオンチャネルを阻害することで気孔を開かせる働きを持つことが示唆された。

蓝光依赖性气孔开放是由受体激酶向光素引发的磷酸化信号转导触发的。在这项研究中，我们使用保卫细胞进行磷酸化蛋白质组分析，以寻找参与蓝光依赖性气孔开放的新因子。使用这种分析方法，我发现蓝光会增加向光素（一种已知的磷酸化蛋白质）和细胞膜质子泵的磷酸化。结果，发现了一种可被蓝光磷酸化且具有良好重现性的激酶。此外，他们创建了最接近相关激酶的双突变体，并发现该突变体中蓝光依赖性气孔打开严重受损。当从该双突变体制备保卫细胞原生质体并测量细胞膜质子泵的活性时，蓝光依赖性质子释放与野生型菌株相当。据报道，在保卫细胞中，蓝光可以激活质膜质子泵并使阴离子通道失活。因此，当我们创建该激酶的多重突变体和存在于保卫细胞细胞膜上的阴离子通道突变体时，气孔无论光照和黑暗都打开，并且这种表型与阴离子通道突变体几乎相同。 。此外，当我们使用突变型保卫细胞研究蓝光对阴离子通道的抑制时，我们发现蓝光在野生型中受到抑制，但在突变型中则不受抑制。此外，在该突变体中，不仅通过蓝光打开气孔，而且对CO 2 浓度变化的气孔响应也受损，并且即使当CO 2 浓度降低时，气孔也不会打开。遗传和生化分析的结果表明，这些激酶作用于向光素的下游，同时在CO2信号传递的某处发挥作用，最终通过抑制阴离子通道来打开气孔。

项目成果

Biochemical analysis of blue light signalling in stomatal guard cells

气孔保卫细胞蓝光信号的生化分析

• 发表时间: 2013
• 作者: Asami Hiyama;Atsushi Takemiya & Ken-ichiro Shimazaki
• 通讯作者: Atsushi Takemiya & Ken-ichiro Shimazaki