リン酸化プロテオームによる孔辺細胞青色光情報伝達機構の解明

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青色光依存の気孔開口は受容体型キナーゼであるフォトトロピンを始点としたリン酸化シグナル伝達によって引き起こされる。本研究では青色光依存の気孔開口に関わる新規因子を探索するため、孔辺細胞を材料にしてリン酸化プロテオーム解析を行った。この解析手法では既知のリン酸化タンパク質であるフォトトロピン及び細胞膜プロトンポンプのリン酸化が青色光により増加することが観察されたことから、この方法により青色光に依存してリン酸化される新規タンパク質を探索した。その結果、青色光により再現性良くリン酸化されるキナーゼが見いだされた。さらに、その最近縁のキナーゼの二重変異体を作出し、この変異体では青色光に依存した気孔開口が大きく損なわれることを見いだした。この二重変異体から孔辺細胞プロトプラストを調製し、細胞膜プロトンポンプの活性を測ったところ、青色光依存のプロトンの放出は野生株と同程度であった。孔辺細胞では青色光によって細胞膜プロトンポンプの活性化に加えて、アニオンチャネルが不活性化されることが報告されている。そこで孔辺細胞の細胞膜に存在するアニオンチャネル変異体とこのキナーゼの多重変異体を作製したところ、明暗に拘わらず気孔が開くようになり、この表現型はアニオンチャネンル変異体とほぼ同じであった。また、変異体の孔辺細胞を用いて青色光によるアニオンチャネルの阻害を調べたところ、野生型では阻害されるのに変異体では阻害されなかった。また、この変異体では青色光による気孔開口だけでなく、CO2濃度変化に対する気孔の応答も損なわれており、CO2濃度を低下させても気孔は開口しなかった。遺伝学的な解析と生化学的な解析の結果、これらのキナーゼはフォトトロピンの下流で働くと同時に、CO2情報伝達のどこかで機能し、最終的にアニオンチャネルを阻害することで気孔を開かせる働きを持つことが示唆された。