液胞プロセシング酵素による高等植物の細胞内分解の制御機構

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高等植物の液胞は,貯蔵器官のタンパク質蓄積型液胞(PSV:Protein-storage vacuoles)と栄養器官の分解型液胞(LV:Lytic vacuoles)に分けられている.液胞プロセシング酵素(VPE:Vacuolar Processing Enzyme)はこれらの液胞に局在する様々なタンパク質の成熟化に関与している酵素で,新規のシステインプロテイナーゼのファミリーを形成しているが,このファミリーはさらに2つのサブファミリーに分けられる.これまでの結果から,一方はPSVで,他方はLVで機能していることが分かってきた.本年度は,下記の2つの研究成果を得た.1.VPE自身の活性発現機構ヒマVPE遺伝子を酵母細胞内で発現させると,不活性な前駆体として合成され,液胞に細胞内輸送された後,プロペプチドの除去によって活性を持った成熟型に変換することが分かった。次いで,変異VPEを発現させ,活性に必須なCys残基やHis残基の同定を行った.必須残基をGly残基に入れ換えた不活性な前駆体を発現させた場合,前駆体から成熟型への変換が全くみられなくなった.即ち,活性を持った成熟型への変換は,自己触媒的に起こることが分かった.この結果は,VPEの活性化に関与する他の因子は存在せず,液胞タンパク質の成熟化を制御しているのはVPEそのものであることを強く示唆している.2.栄養器官型液胞におけるVPEの機能の解明アラビドプシスの3種類のVPE(αVPE,βVPE,γVPE)遺伝子のプロモーターにGUS遺伝子をつないでシロイヌナズナとタバコに導入し,それぞれの発現様式を解析した。その結果,βVPE遺伝子が種子に特異的に発現しているのに対し,αVPEとγVPEの遺伝子は葯や葉などの栄養器官の老化部位や傷害を受けた部位に発現してくることが認められた.γVPEとαVPEの遺伝子はいずれも栄養器官の細胞死に向かう組織のLVで機能していると考えられる.