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小胞体ストレス応答

 小胞体(endoplasmic reticulum :細胞の中の網目状構造体)は真核生物が持つオルガネラ(細胞内小器官)です。小胞体が受け取った刺激(ストレス)は核へと伝わり細胞応答が起きます。最もよく知られている細胞応答は「小胞体ストレス応答(あるいはunfolded protein response :UPR)です。小胞体ストレス応答は、小胞体に負荷がかかり小胞体内で起こるタンパク質の正しい折り畳み(フォールディング)に異常が生じたときにその緩和に働く反応で、小胞体シャペロンなどの転写誘導が起こります。植物の小胞体ストレス応答は高温、高塩濃度、病原菌感染、タンパク質の変異などが原因で起こるとされています。

 私たちの研究グループでは主にモデル植物であるシロイヌナズナを用いて小胞体ストレス応答の情報伝達機構について研究を行っています。シロイヌナズナでは、小胞体ストレスセンサーIRE1が転写因子bZIP60のmRNAのスプライシングを制御し、bZIP60が活性化されます。このスプライシングは通常の核で起こるスプライシングとは全く異なり、『細胞質スプライシング』と呼ばれます。活性化されたbZIP60はBiPに代表され る小胞体シャペロンなどの転写誘導に働きます。活性化されたbZIP60には新たな読み枠(Open Reading Frame 2: ORF2)が生じ、元のタンパク質には無かったアミノ酸配列が出現します。ORF2がコードする領域はbZIP60の転写活性化能の上昇に働きますが、そのメカニズムはわかっていません。

 IRE1はbZIP60の活性化とは別には小胞体でフォールディングされるタンパク質のmRNAの分解に(Regulated IRE1 Dependent Decay: RIDD)にも働きます。つまりIRE1は小胞体内のタンパク質のフォールディング異常の回復とともにタンパク質の流入を抑えることで小胞体にかかる負荷を軽減する役割を果たすと考えられます。IRE1による小胞体ストレス応答の制御系は進化的に最も古いと考えられ、酵母や動物でも保存されていますが、IRE1がmRNAを選択的に分解するメカニズムはわかっていません。

 IRE1による系とは別にシロイナズナでは小胞体膜に結合している転写因子bZIP28、bZIP17がセンサーとして働く経路も存在します。bZIP28、bZIP17はタンパク質レベルでの膜内切断により活性化されます。この経路は酵母には見られませんが、動物では小胞体膜結合型転写因子ATF6がS1P、S2Pによって切断されます。bZIP28、bZIP17の切断に関わるプロテアーゼについては依然として未解明な点もあります。

 私たちは20年近く植物の小胞体ストレス応答の分子メカニズムに関する研究で世界をリードしてきました。その間、海外の研究者の参入もあり、分子メカニズムの多くが明らかとなりました。その一方で、小胞体ストレス応答の生理的役割については必ずしも明確ではありません。

 IRE1が欠損すると高温下での花粉の成熟に欠損が起こることが知られています。また、ウイルス感染により小胞体ストレス応答が活性化されることが報告されています。トウモロコシやイネでは種子貯蔵タンパク質に異常があると小胞体ストレス応答が起こることが分かっています。このように小胞体ストレス応答は植物の様々な生理応答に重要な役割を果たすと考えられることから、私たちはシロイヌナズナのIRE1とbZIP60を中心に小胞体ストレス応答の分子機構と生理的役割の解明を進めています。

【発表文献】
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