葉緑体タンパク質分解が駆動する新たなフィードバック制御機構の解明

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本研究では、「核ゲノム由来の葉緑体タンパク質の分解産物(ペプチド)がシグナル分子として葉緑体外に放出され、核にある自身の遺伝子発現を制御する」という仮説を立て、１.　ペプチドを生成する葉緑体プロテアーゼ-基質の特定、２.　葉緑体から排出されるペプチドの検出、及び３.　ペプチドエクスポーターの同定を行った。まず１については、計画通り葉緑体チラコイド膜局在型FtsHプロテアーゼのシャペロン部位のGST融合タンパク質と単離チラコイド膜を用いて、試験管内で基質-酵素複合体の再構成を試みたが、標的単離には至らなかった。ただ、後述するようにFtsHが本研究で提唱するペプチドシグナル伝達経路に関わることが遺伝学的解析により示唆された。また２に関して、ペプチドの検出法を検討した結果、最終的に単離葉緑体内に残留するタンパク質分解産物をペプチド分離用TLC上で展開し、第一級アミンを蛍光色素により染色する方法を確立できた。今後は後述の変異体の葉緑体を用いてその蓄積を野生株と比較する。３についても、当初の予定通り３種類の葉緑体包膜ABCトランスポーターの１つがATP依存的なペプチド輸送活性を有することが共同研究により明らかとなった。またそのトランスポーター変異体のRNA-seq解析を共同研究により再度行ったところ、小規模な核遺伝子の発現変動が確認され、その多くは通常DNAメチル化により制御されるものであった。実際同変異体でメチル化状態の異常が観察され、同様の結果がFtsH変異体でも確認された。なお変動遺伝子の殆どは非葉緑体タンパク質をコードしていたことから、多くの場合分解産物は核にある自身以外の遺伝子の発現制御に関わると推察される。一方、残り２つのトランスポーターの変異体についてもRNA-seq解析により変動遺伝子を比較したところ、これら３つは各々独立の機能を有する可能性が示唆された。