植物の環境適応と細胞死における液胞機能発現のダイナミクス

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液胞プロセシング酵素(VPE ; Vacuolar Processing Enzyme)は液胞に蓄積する数多くの液胞タンパク質の成熟化に関わる酵素である。昨年度までの研究で,シロイヌナズナにおける種子貯蔵タンパク質の成熟化にはαVPE,βVPE,γVPE三つのVPEが協調して働いていること等,VPEの役割を明らかにした。本年度はさらに,液胞の機能変換を明らかにする目的で以下の研究を行い,新しい知見を得た。1.ショ糖飢餓による液胞への輸送経路の変換 タバコ培養細胞(BY-2)はショ糖飢餓により液胞のプロァアーゼ活性が上昇し,細胞内のオルガネラの数が減少する。そこで,ショ糖飢餓下,プロテアーゼ阻害剤存在下でのBY-2の形態的な変化を観察した。その結果,ショ糖飢餓下で,パパインタイプのプロテアーゼ阻害剤であるE64dを処理した場合には,細胞内に酸性の小胞が蓄積した。蛍光色素であるFM4-64はエンドサイトーシスで細胞内に取り込まれ,液胞まで運ばれる、ショ糖飢餓下,E64d処理下でみられる酸性小胞は、FM4-64で標識された。このことから,この酸性小胞は後期エンドソームであることが示唆された。また,ショ糖存在下ではE64d処理による小胞の蓄積は見られず,蛍光色素は液胞に到達した。このことより,BY-2においてショ糖飢餓下でのエンドサイトーシスにはパパインホモログが関与していることが示唆された。2.種皮特異的に発現するδVPEの解析 シロイヌナズナのゲノムには,新しいVPEのホモログ(δVPE)が存在することがわかった。そこでこの新しいVPEの解析をタンパク質レベルで行った。ΔVPEに対する抗体を作成し,組織における発現を調べたところ,胚発生初期の種皮に特異的に発現していることが明らかとなった。種皮は,種子の発育とともに細胞死を起こすことが知られている。このことから,δVPEは種皮の細胞死に伴うタンパク質の分解に関与していると考えられた。