担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

配分額：4680000円 （ 直接経費：3600000円 、 間接経費：1080000円 ）

細胞分裂で生じた娘細胞同士の位置関係が永続的に維持される植物では、細胞分裂面の制御は器官の形を決める上で決定的な意味を持つ。植物の細胞分裂においてはPPBと呼ばれる細胞表層の微小管束構造が分裂面制御において中心的な役割を担うと考えられて来たが、近年シロイヌナズナの変異体解析からPPBに依存しない分裂面制御機構の存在が示唆された。。本研究では、PPB非依存的な細胞分裂をするヒメツリガネゴケを用いて網羅的に細胞分裂面制御因子を解析することで、植物が細胞分裂面を決定づける普遍的な分子機構の解明に挑む。
細胞分裂で生じた娘細胞同士の位置関係が永続的に維持される植物では、細胞分裂面の制御は器官の形を決める上で決定的な意味を持つ。植物の細胞分裂においてはPPBと呼ばれる細胞表層の微小管束構造が分裂面制御において中心的な役割を担うと考えられて来た。一方、ヒメツリガネゴケの原糸体にはPPBが存在せず、分裂面決定の仕組みもあまりよく分かっていない。近年、シロイヌナズナの変異体解析からPPBに依存しない分裂面制御機構の存在が示唆された。このことはPPB非依存的な機構が植物の分裂面決定機構としてより根源的なものである可能性を示唆する。本研究では、細胞生物学的解析に秀でたヒメツリガネゴケとCRISPRによるゲノム編集技術を組み合わせ、網羅的に細胞分裂面制御因子を解析することで、植物が細胞分裂面を決定づける普遍的な分子機構の解明に挑む。
ゲノム編集技術による遺伝子破壊操作によって候補因子の多重遺伝子破壊株を複数樹立した。中には細胞分裂面形成異常を想起させる興味深い表現型を示す個体もあった。これらがどう分裂面決定に関与しているのかは今のところ不明であるが、マーカータンパク質やトランケーションタンパク質、阻害剤等を使ったイメージング解析によって詳細な分子メカニズムの解明を目指す。
また、シロイヌナズナ受精卵を用いたスクリーニングで同定された阻害剤の細胞分裂に関する効果検証も行った。中には細胞質分裂を特異的に阻害する薬剤もあり、見いだされた阻害剤はヒメツリガネゴケでも、シロイヌナズナで確認されたものと同様の効果を示すことが確認できた(Kimata et al., 2023. Life Sci Alliance) 。
細胞質分裂を特異的に阻害する薬剤の効果をヒメツリガネゴケでも検証し、論文として発表したため。また、細胞分裂面決定に関わっていることが予想される候補因子の多重遺伝子破壊株を樹立し、興味深い表現型を見出したため。
見出した候補因子の作用機序の解明を目指して、進行中の表現型解析やドメイン解析を継続する。

担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

配分額：2860000円 （ 直接経費：2200000円 、 間接経費：660000円 ）

細胞内の物質輸送を司る細胞内輸送は細胞にとって必須機能であり、細胞骨格と分子モーターにより制御される。輸送モーターがカーゴ（積荷）に付属した特異的なアダプタータンパク質を認識して結合することで、精密に制御された細胞内物質輸送が可能となる。しかし、植物ではアクチンによる原形質流動が主要な細胞内輸送機構だと考えられてきたため、生理的に重要であるにも関わらず、微小管依存的な細胞内輸送の分子機構には未解明な部分が多く残されている。本研究では、基部陸上植物であるヒメツリガネゴケを用いた逆遺伝学的スクリーニングにより微小管依存的な細胞内輸送のカーゴアダプター及び順行性輸送モーターの同定を目指す。
本研究では顕微鏡観察に適した細胞を持つ基部陸上植物ヒメツリガネゴケをモデルとして用い、細胞内輸送機構の研究を行った。細胞内で物質を適切な場所に配置させるシステムである細胞内輸送は、細胞骨格と付随するモータータンパク質によって駆動される。植物細胞における細胞内輸送に関する知見は乏しく、今までに同定された輸送を駆動するタンパク質やアダプタータンパク質は限られている。そこで、植物細胞内輸送を支える分子機構の解明を目指し、モータータンパク質の網羅的解析を遂行した。その結果、細胞伸長や分裂期に機能するキネシンを発見するとともに、細胞内輸送異常を想起させる表現型を示す変異体も取得した。
細胞内で物質を適切な時期に適切な場所に配置させる細胞内輸送は細胞にとって必須機能の一つである。植物は進化の過程で独自の細胞内輸送システムを構築しており、動物細胞内で機能している輸送分子は植物ではあまり保存されていない。本研究における分子モーターの解析は、植物の独自の輸送システムを紐解く手がかりとなるものであり、さらなる責任分子の同定によって植物特異的な輸送システムの根幹に迫ることが可能になると考える。