原形質膜イオン輸送系のフィトクロムによる制御機構についての研究

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本研究の目的はフィトクロムの生理的一次作用を明らかにすることであるが、我々はこれまでの研究でプロトン,カリウム,カルシウムイオンの原形質膜やミトコンドリア膜透過性がフィトクロムの光可逆変化によって制御されること、そしてこの光可逆変化は受動輸送系のみならず能動輸送系をも制御していることを明らかにしてきた。そこで本研究では特に能動輸送系に対するフィトクロムの制御様式を明らかにすることを目的として、アラスカエンドウ黄化芽生えよりミトコンドリア分画とミクロゾーム分画とを得、これらの分画のATPase活性が共存するフィトクロムの光変換にともなってどのように変化するかをin vitroで調べた。その結果ミトコンドリア分画でフィトクロムがPfr状態のとき、そのATPase活性は減少し、Pr状態のときもとの値にかえるというフィトクロム依存の光可逆性のあることを見い出した。このことはミトコンドリアのATPase活性にフィトクロムが関与していることを示している。一方ミクロゾーム分画で同様の測定を行ったが、ミクロゾーム分画中のATPase活性はフィトクロムの可逆的光変換に対して常に一定の値を示した。さて動植物を問わず多くの生理現象でカルシウムイオンが情報の2次伝達体として重要な働きをすることが知られている。そしてフィトクロムの研究においてもカルシウムイオンの関与を示す報告が重要視されている。しかし今日まで細胞内のカルシウムイオン濃度がフィトクロムによって変化することを直接示した実験報告はない。そこで本研究ではカルシウムの蛍光指示薬であるFura2を細胞内にエレクトロポーレーション法で入れ、このFura2の蛍光量の変化から細胞内カルシウムイオン濃度の測定を試みた。その結果フィトクロムのPr状態、Pfr状態にともなって細胞内カルシウムイオン濃度が光可逆的に各々減少と増加を繰返すことを世界で初めて示すことに成功した。