公募研究班員
A02  選別輸送ゾーンの解析

植物TGNにおけるポストゴルジ輸送選別ゾーンの構築機構と動態

植村知博

研究概要

トランスゴルジ網(TGN)は、ゴルジ体のトランス槽の外側に存在する網目状の構造体で、積荷タンパク質の選別を行う、ポストゴルジ輸送網の玄関にあたるオルガネラである。一般的にはTGNはゴルジ体の一部と考えられてきていた。しかし、申請者らは植物細胞を用いた超解像ライブイメージングにより、TGN はゴルジ体のトランス槽に接して存在するGA-TGN とゴルジ体とは独立して存在するGI-TGN の2種類が存在すること、GI-TGN はGA-TGN の一部が解離することによって形成され分泌経路で機能することを既に見出している。このことはGA-TGN においてポストゴルジ輸送網の選別がおこなわれていることを示唆している。そこでGA-TGN での選別輸送をより詳細に理解するために、TGN から細胞膜方向へ輸送されるタンパク質の選別をおこなうAdaptor protein 複合体1 (AP-1) と、TGN から液胞方向へ運ばれる積荷タンパク質を認識するAP-4 に注目してGFP、mRFP、iRFP を用いたマルチカラー超解像ライブイメージングによる観察を行った。その結果、AP-1 とAP4-は同じGA-TGN 上の異なるゾーンに局在し、ダイナミックに変化していることを発見した。この観察結果から、GA-TGN がそれぞれの目的にあわせた機能ゾーンを構築することでポストゴルジ輸送を効率的におこなっていることが考えられる。しかしながら、TGN がどのようして機能ゾーンを構築しているのかについては全くの謎である。そこで本申請課題では、植物細胞を用いたマルチカラー超解像ライブイメージングにより“TGN におけるポストゴルジ輸送選別ゾーンの構築機構と動態”を明らかにする。

代表的な原著論文

  1. *Uemura, T., Morita, MT., Ebine, K., Okatani, Y., Yano, D., Saito, C., Ueda, T. and Nakano, A. (2010) Vacuolar/prevacuolar compartment Qa-SNAREs, VAM3/SYP22 and PEP12/SYP21 have interchangeable functions in Arabidopsis. Plant J., 64:864-873. *Corresponding author
  2. *Uemura, T., Kim, K., Saito, C., Ebine, K., Ueda, T., Schulze-Lefert, P., and Nakano, A. (2012) Qa-SNAREs localized to the trans-Golgi network regulate multiple transport pathways and extracellular disease resistance in plants. Proc Natl Acad Sci U S A., 109:1784-89. *Corresponding author
  3. Asaoka, R., Uemura, T., Ito, J., Fujimoto, M., Ito, E., Ueda, T and Nakano, A. (2013) Arabidopsis RABA1 GTPases are involved in transport between the trans-Golgi network and the plasma membrane, and are required for salinity stress tolerance. Plant J., 73:240-249.
  4. *Uemura, T., Suda, Y., Ueda, T. and Nakano, A. (2014) Dynamic behavior of the trans-Golgi network in root tissues of Arabidopsis revealed by super-resolution live imaging. Plant Cell Physiol., 55:694-703. *Corresponding author
  5. Ito, Y., Toyooka, K., Fujimoto, M., Ueda, T., *Uemura, T. and Nakano, A. The trans-Golgi network and the Golgi stacks behave independently during regeneration after Brefeldin A treatment in tobacco BY-2 cells. Plant Cell Physiol., 58:811-821. *Corresponding author

総説

  1. 植村知博 高次生命現象における植物SNAREの分子機構(2008)蛋白質核酸酵素 2008年12月号増刊 vol53, No.16, 2301-2307.
  2. *Uemura, T and Nakano, A. (2013) Plant TGNs: dynamics and physiological functions. Histochem Cell Biol, 140:341-345. DOI: 10.1007/s00418-013-1116-7.
  3. Ito, Y., Uemura, T. and *Nakano A. (2014) Formation and maintenance of the plant Golgi apparatus. Intl. Rev. Cell Mol. Biol., 310:221-287. DOI: 10.1016/B978-0-12-800180-6.00006-2.
  4. Uemura, T. and *Ueda, T. (2014) Plant vacuolar trafficking driven by RAB and SNARE proteins. Curr Opin Plant Biol, 22:116-21. DOI: 10.1016/j.pbi.2014.10.002.
  5. *Uemura, T. (2016) “Physiological Roles of Plant Post-Golgi Transport Pathways in Membrane Trafficking” Plant Cell Physiol., 57:2013-2019. DOI: 10.1093/pcp/pcw149