Elucidation of mechanisms for transport and storage of hydrophobic metabolites in plant cells toward establishment of a polymer factory cell system

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脂肪顆粒（LD）やゴム粒子（RP）などの脂質一重層で形成されるオルガネラは、疎水性化合物を隔離的に貯蔵することから、それらのオルガネラの膜上に種々の外来酵素を配置することで、反応生成物を膜内部へ蓄積させる代謝工学系の構築が可能となると考えられる。しかし、LDやRPへのタンパク質移行機構はほとんど未解明であった。本研究では、「（1）脂質一重層オルガネラ膜への移行に必要なタンパク質モチーフと制御機構の解明」し、その機構を応用することで「（2）脂質一重層オルガネラ膜への外来酵素導入による有用疎水性化合物生産系の構築」を行うことを目標としている。2020年度は、上記（1）に関する研究課題として、「課題１ LD膜移行タンパク質の同定」と「課題2. 無細胞タンパク質発現系を利用したLDへのタンパク質導入系の開発」を並行して研究を行なった。パラゴムノキのRPの膜には、SRPPと呼ばれる機能未知のタンパク質が高蓄積している。また、SRPPと類似配列を有するREFも同様に高蓄積している。一方、植物由来のLD膜タンパク質には、SRPPと配列類似性を示すLDAPやMLDPと呼ばれるタンパク質が高蓄積している。そこで、これらの脂質一重層オルガネラ間に共通した膜タンパク質移行機構が存在することを予想し、本研究ではまず、SRPP、REF、LDAP、MLDPを解析対象とすることとした。まず、LDへのタンパク質移行を解析するための手法として、植物細胞よりLDを精製し、それを無細胞タンパク質合成系に添加することで、翻訳・折り畳みと共役させながら外来タンパク質を導入する系を開発した。このアッセイ系において、GFPタンパク質はLDへほとんど導入されなかったが、LDAP/MLDPを融合させたGFPは明確にLD膜上に導入されたため、この評価系が次年度以降の研究計画に適用可能であることが示された。