2026-03-11T13:08:48Z https://ir.soken.ac.jp/oai

oai:ir.soken.ac.jp:00001336 2023-06-20T14:45:25Z 2:430:27

液胞の機能分子の活性発現に関与する液胞プロセシング系の解析山田, 健志ヤマダ, ケンジ YAMADA, Kenji 総合研究大学院大学博士（理学）高等植物の液胞は，膨圧の維持，代謝産物の蓄積，細胞内成分の分解，貯蔵タンパク質及び生体防御タンパク質の蓄積という種々の機能果たす．この機能の発現のため，植物には２種類の液胞(タンパク貯蔵型液胞と分解型液胞)が存在しそれぞれに特異的な酵素や分子装置が使い分けられている． 　　　液胞プロセシング酵素(VPE)はヒマの種子貯蔵タンパク質の前駆体を成熟型に変換する酵素として発見された．この酵素は，新規のシステインプロテアーゼで，アスパラギン及びアスパラギン酸残基を特異的に認識して切断するエンドペプチダーゼであることが示されている．その後，種々の植物よりVPEのホモログが単離されるにつれて，VPEには貯蔵組織型と栄養組織型に分けられることが明らかになった．さらに，ヒト，マウスなどの動物細胞よりVPEのホモログが単離され，液胞プロセシングの系が広く存在する可能性が示唆されている．そこで，本研究では，貯蔵組織および栄養組織のVPEの標的分子に注目し，そのプロセシング様式を解明するとともに各々の組織の液胞プロセシング系を分子レベルで明らかにすることを目指した． 　　　貯蔵組織のVPEの標的分子である種子タンパク質は細胞内の粗面小胞体で合成され，直径が300nmの輸送小胞であるPAC小胞を経て液胞に輸送される．PAC小胞の構成成分であるおよそ100kDaのタンパク質であるPV100のcDNAクローニングよりPV100はシステインが特徴的に配置されているCxxxCモチーフを４つ持つCys領域，親水性のアミノ酸であるアルギニン，グルタミン，グルタミン酸に富むRE領域，種子貯蔵タンパク質であるビシリン領域から構成されていることが明らかになった．また，プロテインボディに含まれるタンパク質の解析により，PV100のそれぞれの領域が翻訳後に50kDaのビシリンと5-10kDaのCys領域及びRE領域由来の小さなペプチドにVPEによりプロセシングされることが明らかになった．Cys領域由来のC2にはトリプシンインヒビター活性が見られたが，C2の前駆体であるPV100にはトリプシンインヒビター活性が見られなかった．この結果はプロセシングを受けることによってC2の機能が発現することを示しており，VPEが種子の液胞タンパク質の機能発現を制御していることを初めて示すものであった． 　　　栄養組織におけるVPEの標的分子はこれまでに明らかにされていない．そこで，プロテアーゼ活性の高い栄養組織の液胞におけるタンパク質の液胞プロセシング系にVPEがどの様に関与しているかを検討した．シロイヌナズナを用いて葉の傷害や老化によるVPEのmRNAが増えることが示されていたが，タンパク質レベルでも栄養組織のVPEが急激に増加することが明らかになった．また，シロイヌナズナのγVPEを酵母に発現させたところ，貯蔵組織のVPEと同様にアスパラギン特異的なエンドペプチダーゼであることが確認された．キウイのパパイン型システインプロテアーゼであるアクチニジンのC末端はアスパラギン残基でプロセシングされ，活性化することが知られている．乾燥ストレスで誘導されてくるシロイヌナズナのRD21Aとアクチニジンの一次アミノ酸配列の比較により，RD21Aもアスパラギン残基の後ろでプロセシングされると考えられた．実際に，RD21Aタンパク質の蓄積が葉の老化に伴って上昇してくること，γVPEが乾燥ストレスで誘導されてくることから，γVPEがRD21Aをプロセシングし活性化することが考えられ，プロテアーゼ活性の高い栄養組織の液胞においてもVPEがプロセシングに関わっていることが示唆された． 　　　VPEは液胞の機能タンパク質の成熟化に関与し，ひいては液胞の機能発現を担う．そこで，VPEの発現調節機構を解析することによりこれまで明らかになっていなかった液胞の機能変換を明らかにすることができると考えた．種々の条件を試したところ，葉が傷害を受けたとき，γVPEの発現がおよそ12時間後から誘導されることが明らかになり，液胞が活発に働いていることが示唆された．また，傷害を受けたときに誘導されるプロテアーゼインヒビターやリポキシゲナーゼなどの液胞タンパク質がジャスモン酸により誘導されることが知られているが，γVPEはジャスモン酸に反応しなかった．このことは，傷害による新たな遺伝子発現の制御が行われていることを示唆していた． 　　　以上のように，本研究ではVPEが種々のタンパク質の活性型への変換に必要であることが明らかになった．また，傷害におけるγVPEの発現は既知のシグナル伝達の解析に新たな知見を加えるものと期待される． application/pdf 総研大甲第411号 thesis 1999-03-24 application/pdf application/pdf https://ir.soken.ac.jp/record/1336/files/甲411_要旨.pdf https://ir.soken.ac.jp/record/1336/files/甲411_本文.pdf https://ir.soken.ac.jp/records/1336 jpn