植物で多様化した逆行性キネシンの機能解析

植物中逆行驱动蛋白多样化的功能分析

基本信息

批准号：
16J02796
负责人：
山田萌恵
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J02796/
关键词：
微小管キネシン分子モーター

项目摘要

微小管依存的な細胞内輸送は、モータータンパク質であるキネシンと細胞質ダイニンが協調して機能することで駆動される。しかし、陸上植物は細胞質ダイニン遺伝子群を進化の過程で失ったとされており、植物細胞内で両方向性の輸送がどのように遂行されているのかは不明であった。そこで、一歩だけならばマイナス端方向へ歩行する活性をもち、植物で重度に重複したキネシン－14遺伝子に焦点をあて、ヒメツリガネゴケを用いて解析を行うことで、植物ではキネシン－14がダイニンの機能を代替しているのではないかという仮説を検証した。本年度は、キネシン-14の一種であるKCHに着目して研究を遂行した。現在までにイネやシロイヌナズナを用いたKCHの機能解析は行われてきたが、高い遺伝子重複が問題となりその機能の全貌は不明であった。ヒメツリガネゴケを用いてKCHの局在解析、表現型解析を行ったところ、細胞の先端に局在すること、核の輸送と細胞伸長に寄与することが明らかとなった。また、複数のトランケーションコンストラクトを使用したレスキュー実験から、KCHのモータードメインのC末端側にある領域が、核輸送には必要ないものの細胞伸長には必須であることを見出した。このことは、KCHが核輸送と細胞伸長という異なる細胞内現象に寄与する多機能なキネシンであることを示唆している。これらの成果は論文としてまとめられ、The Plant Cell誌に発表された（Yamada and Goshima, 2018）。本年度を含むこれまでの研究によって、ヒメツリガネゴケに6種類存在するキネシン-14のうち、3種類がマイナス端方向性輸送モーターとして機能することが明らかとなった。本研究の結果が、独自に進化した植物の細胞内輸送機構の重要な知見となることが期待される。

微管依赖性细胞内运输是由运动蛋白驱动蛋白和细胞质动力蛋白的协同功能驱动的。然而，陆地植物被认为在进化过程中丢失了细胞质动力蛋白基因组，目前尚不清楚植物细胞内如何进行双向运输。因此，我们以苔藓植物中华立碗藓（Physcomitrella sinensis）中的kinesin-14基因为中心，进行了分析。该基因具有一步步向负端行走的活性，并且在植物中重复性很高。 14具有动力蛋白的功能，我们测试了它可能是动力蛋白替代品的假设。今年，我们的研究重点是 KCH，一种驱动蛋白 14。迄今为止，已经利用水稻和拟南芥对KCH进行了功能分析，但由于基因高度重复的问题，其功能的全部范围仍不清楚。使用苔藓植物 Physcomitrella fasciata 对 KCH 进行定位和表型分析表明，它位于细胞尖端，有助于核运输和细胞伸长。此外，通过使用多个截断结构的救援实验，我们发现KCH运动结构域的C端区域不是核运输所必需的，但对于细胞伸长是必需的。这表明 KCH 是一种多功能驱动蛋白，有助于不同的细胞内现象：核运输和细胞伸长。这些结果总结在一篇论文中，并发表在《植物细胞》上（Yamada 和 Goshima，2018 年）。迄今为止（包括今年）进行的研究表明，苔藓立碗藓中存在的六种驱动蛋白-14中的三种具有负端定向运输马达的功能。这项研究的结果有望提供有关植物独特进化的细胞内运输机制的重要知识。