光合成炭素代謝の統御に関与するプロテインキナーゼの探索とシグナル伝達の分子機構

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[目的]光合成炭素代謝は、外的および内的環境の変化に呼応して、個体全体として巧みに統御されていると想像されるが、その実態および統御の分子機構には不明な点が多い。本研究ではC4光合成の律速酵素であるホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ(PEPC)をとりあげ、1)種々の環境条件下における本酵素の可逆的リン酸化による活性調節の動態の解明、2)このリン酸化に関与するプロテインキナーゼ(PK)の同定とシグナル伝達機構の解明および、3)本酵素遺伝子の発現調節すなわち、転写やmRNAの安定性などの段階における調節機構の解明などを目指す。[結果・考察]1)リン酸化C4型PEPCとのみ特異的に反応するペプチド抗体の調製に成功し、これを用いて、明暗の変化によるリン酸化/脱リン酸化の変化の速度、夜間におけるリン酸化状態などを明らかにした。この抗体による免疫電顕ではリン酸化PEPCの細胞内局在性は検出できなかった。2)これまでに知られているすべての高等植物のPEPCはリン酸化を受けると推測されており、リン酸化部位周辺の保存配列は(E/D)(K/R)XXSIDAQLRである。部位特異的変異導入PEPCの利用により、上流の-3に位置する塩基性残基はPEPCリン酸化酵素にとって必須ではなく、この残基はリンゴ酸阻害感受性に寄与していることがわかった。この基質特異性を利用したリン酸化酵素の精製を進めている。3)PKのcDNAクローンとしては、CDPKが2種、CDPK-related PKが2種CDPK関連新規PKが1種得られ、一部は組換え体を調製したが、PEPCのリン酸化能はSyntide-2の数十分の一であった。さらにPVPK、MAPK、ABAPKの部分cDNAを得た。