Vacuole & Autophagy

植物細胞における液胞形成とタンパク質分解機構の解析

植物細胞における液胞形成とタンパク質分解機構の解析

液胞は、植物細胞の体積の大部分を占める大型のオルガネラであり、タンパク質の貯蔵や分解だけでなく、細胞の伸長、形態保持、環境応答などにも重要な役割を担っています。液胞は、ゴルジ体や小胞体に由来する膜輸送経路を介して形成・分化すると考えられていますが、その形成機構には未解明の点が多く残されています。

私たちは、電子顕微鏡解析、免疫電顕、高圧凍結技法、蛍光イメージングを組み合わせ、植物細胞における液胞形成とタンパク質分解機構を解析してきました。

アズキ発芽種子の子葉細胞では、C末端にKDEL配列をもつ分解酵素が、小胞体からゴルジ体を経由せずに液胞へ直接輸送されることを明らかにしました。この輸送経路により、液胞は貯蔵物質の分解を担う「分解型液胞」へと分化します。

さらに、同じ細胞内では、ミトコンドリアなどのオルガネラが隔離膜によるマクロオートファジーによって液胞へ運ばれること、またデンプン顆粒は液胞へ直接取り込まれるミクロオートファジーによって分解されることを明らかにしました。液胞内に取り込まれたデンプン顆粒は、ゴルジ体を経由して輸送されたアミラーゼにより分解されます。

タバコ培養細胞を用いた研究では、高圧凍結・凍結置換法（HPF/FS）によるTEM解析と蛍光イメージング解析を組み合わせ、細胞内に形成されたタンパク質凝集体がオートファジー機構により液胞へ運ばれ、分解されることを示しました。

また、タバコおよびシロイヌナズナの根端細胞を対象に、高圧凍結技法による超微形態観察と免疫電顕解析を行い、液胞膜の挙動や液胞形成過程の詳細な解析を進めてきました。これらの研究により、アズキ発芽子葉やシロイヌナズナ皮層組織における液胞形成過程の一端を明らかにしました。

さらに、共同研究として、明治大学 吉本博士らとペルオキシソームが選択的にオートファジー分解されることを明らかにしました。また、Cui et al. によるシロイヌナズナ皮層組織の解析では、植物細胞における液胞形成と細胞分化に関わる構造変化の理解に貢献しました。


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