高等植物細胞における分子シャペロンの構造と役割

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本研究は高等植物細胞のオルガネラに局在する分子シャペロンの構造と機能を解析することにより、これらタンパク質による植物細胞のストレス防御系を明らかにすることを目指してしる。本年度はクロロプラストに局在する分子シャペロン、特にシャペロン60(Cpn60)と熱ショックタンパク質70(Hsp70)を取りあげ、タンパク質のクロロプラスト膜の透過、アセンブリーにおけるこれら分子シャペロンの役割を解析した。クロロプラストタンパク質としてはフェレドキシン-NADP^+レダクターゼ(FNR)、フェレドキシン、Rubisco小サブユニット等のcDNAをin vitroで翻訳転写させ、これらの産物をエンドウ葉より調製した無傷クロロプラストに取り込ませた。取り込みの効率はFNRが一番高い結果を与えたので、以後の実験はFNRの輸送系を中心に行った。取り込まれたFNRの前駆体はプロセシングをうけて成熟型のFNRに変換する。この新たにクロロプラストに導入されたFNRとHsp70の相互作用を解析するため、Hsp70特異抗体による免疫沈降を試みた。この結果、導入されたFNRの一部はATPレベルが低い場合にのみHsp70の特異抗体により沈降し、ATPを添加すると沈降は見られなかった。このことから、新たに導入されたFNRはATP濃度が低い条件下においてHsp70と相互作用していることが初めて明らかになった。Cpn60の特異抗体を用いた免疫沈降実験からも同様のFNRの沈降がみられたことから、新たに導入されたFNRはCpn60とも相互作用していることが判明した。これらの分子シャペロンのFNRとの結合は時間に伴って変化し、Hsp70特異抗体によって免疫沈降されるFNRは輸送の初期に一過性であるのに対し、Cpn60抗体ではその後にFNRが沈降された。この結果はFNRはまずHsp70に相互作用し、その後Cpn60と結合することを示唆している。以上の研究により、これら分子シャペロンが新たにクロロプラストに導入されたタンパク質と相互作用していることを初めて明らかにした。