2022/06/20 更新

写真a

ヨシナリ アキラ
吉成 晃
YOSHINARI Akira
所属
高等研究院 特任助教
トランスフォーマティブ生命分子研究所 特任助教
職名
特任助教
連絡先
メールアドレス
外部リンク

学位 1

  1. 博士(農学) ( 2016年12月   北海道大学 ) 

研究キーワード 7

  1. 細胞極性

  2. 細胞生物学

  3. 植物栄養学

  4. シロイヌナズナ

  5. エンドサイトーシス

  6. 受容体

  7. トランスポーター

研究分野 2

  1. ライフサイエンス / 植物栄養学、土壌学  / ホウ酸輸送体

  2. ライフサイエンス / 植物分子、生理科学  / 細胞極性,輸送体,受容体,膜タンパク質

現在の研究課題とSDGs 2

  1. 受容体様キナーゼの極性スイッチの分子機構と生理学的意義の解明

  2. ケミカルジェネティクスによる植物の細胞極性形成機構の解明

経歴 6

  1. 名古屋大学   トランスフォーマティブ生命分子研究所/高等研究院   YLC特任助教

    2022年4月 - 現在

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  2. 日本学術振興会   特別研究員PD

    2020年4月 - 2022年3月

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  3. 名古屋大学   トランスフォーマティブ生命分子研究所   博士研究員

    2017年9月 - 2020年3月

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  4. 大阪府立大学   博士研究員

    2017年1月 - 2017年8月

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  5. 大阪府立大学   技術支援員

    2016年4月 - 2017年1月

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  6. 日本学術振興会   特別研究員DC1

    2013年4月 - 2016年3月

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学歴 3

  1. 北海道大学   農学院   生物資源科学専攻

    2013年4月 - 2016年3月

  2. 北海道大学   生命科学院   生命システム科学専攻

    2011年4月 - 2013年3月

  3. 東北大学   農学部   応用生物化学科

    2007年4月 - 2011年3月

所属学協会 2

  1. 日本土壌肥料学会

  2. 日本植物生理学会

受賞 7

  1. 日本土壌肥料学会 2021 年度北海道大会 若手口頭発表優秀賞

    2021年9月   日本土壌肥料学会   化学遺伝学による栄養素輸送体の極性局在機構の解明

    吉成 晃, 佐藤綾人, Wolf Frommer, 中村匡良

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  2. 日本植物生理学会 PCP論文賞

    2018年3月   日本植物生理学会   DRP1-dependent endocytosis is essential for polar localization and boron-induced degradation of the borate transporter BOR1 in Arabidopsis thaliana.

  3. ITbM Award

    2018年2月   トランスフォーマティブ生命分子研究所  

  4. 優秀発表賞

    2016年7月   第11回トランスポーター研究会  

  5. 最優秀ポスター発表賞

    2015年9月   第1回植物の栄養研究会  

  6. Best Poster Presentation Award

    2013年8月   International Plant Nutrition Colloquium (IPNC) 2013  

  7. 修士論文発表会 最優秀発表者賞

    2013年3月   北海道大学大学院 生命科学院  

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論文 15

  1. Advances in Synthetic Fluorescent Probe Labeling for Live-Cell Imaging in Plants.

    Yagi N, Yoshinari A, Iwatate RJ, Isoda R, Frommer WB, Nakamura M

    Plant & cell physiology   62 巻 ( 8 ) 頁: 1259 - 1268   2021年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Plant and Cell Physiology  

    Fluorescent probes are powerful tools for visualizing cellular and subcellular structures, their dynamics and cellular molecules in living cells and enable us to monitor cellular processes in a spatiotemporal manner within complex and crowded systems. In addition to popular fluorescent proteins, a wide variety of small-molecule dyes have been synthesized through close association with the interdisciplinary field of chemistry and biology, ranging from those suitable for labeling cellular compartments such as organelles to those for labeling intracellular biochemical and biophysical processes and signaling. In recent years, self-labeling technologies including the SNAP-tag system have allowed us to attach these dyes to cellular domains or specific proteins and are beginning to be employed in plant studies. In this mini review, we will discuss the current range of synthetic fluorescent probes that have been exploited for live-cell imaging and the recent advances in the application that enable genetical tagging of synthetic probes in plant research.

    DOI: 10.1093/pcp/pcab104

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  2. GNOM-dependent endocytosis maintains polar localisation of the borate exporter BOR1 in Arabidopsis. 査読有り

    Yoshinari A, Toda Y, Takano J

    Biology of the cell   113 巻 ( 5 ) 頁: 264 - 269   2021年1月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Biology of the Cell  

    Background Information: Plants use transporters polarly localised in the plasma membrane for the directional transport of nutrients. The boric acid/borate (B) exporter BOR1 is localised polarly in the inner lateral domain of the plasma membrane in various root cells for efficient translocation of B under B limitation. With a high B supply, BOR1 is ubiquitinated and transported to vacuoles for degradation. The polar localisation and vacuolar targeting of BOR1 are maintained by different endocytosis mechanisms. Results: We demonstrated that one of the most utilised inhibitors in endosomal recycling, brefeldin A (BFA), inhibits the polar localisation of BOR1. BFA inhibits a subset of guanine-nucleotide exchange factors (ARF-GEFs), regulators of vesicle formation. Using a transgenic line expressing BFA-resistant engineered GNOM, we identified GNOM as the key ARF-GEF in endocytosis and maintenance of the polar localisation of BOR1. Conclusions and Significance: We found that BFA inhibits the polar localisation of BOR1 by inhibiting GNOM activity. Our results suggest that GNOM-dependent endocytosis contributes to the maintenance of the polar localisation of BOR1 under B limitation. We propose a model of BOR1 transcytosis initiated from GNOM-dependent endocytosis.

    DOI: 10.1111/boc.202000106

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  3. Using Genetically Encoded Fluorescent Biosensors for Quantitative In Vivo Imaging. 査読有り 国際誌

    Yoshinari A, Moe-Lange J, Kleist TJ, Cartwright HN, Quint DA, Ehrhardt DW, Frommer WB, Nakamura M

    Methods in molecular biology (Clifton, N.J.)   2200 巻   頁: 303 - 322   2021年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Methods in Molecular Biology  

    Fluorescent biosensors are powerful tools for tracking analytes or cellular processes in live organisms and allowing visualization of the spatial and temporal dynamics of cellular regulators. Fluorescent protein (FP)-based biosensors are extensively employed due to their high selectivity and low invasiveness. A variety of FP-based biosensors have been engineered and applied in plant research to visualize dynamic changes in pH, redox state, concentration of molecules (ions, sugars, peptides, ATP, reactive oxygen species, and phytohormones), and activity of transporters. In this chapter, we briefly summarize reported uses of FP-based biosensors in planta and show simple methods to monitor the dynamics of intracellular Ca2+ in Arabidopsis thaliana using a ratiometric genetically encoded Ca2+ indicator, MatryoshCaMP6s.

    DOI: 10.1007/978-1-0716-0880-7_14

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  4. Transport-coupled ubiquitination of the borate transporter BOR1 for its boron-dependent degradation. 査読有り

    Yoshinari A, Hosokawa T, Beier MP, Oshima K, Ogino Y, Hori C, Takasuka TE, Fukao Y, Fujiwara T, Takano J

    The Plant cell   33 巻 ( 2 ) 頁: 420 - 438   2020年12月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Plant Cell  

    Plants take up and translocate nutrients through transporters. In Arabidopsis thaliana, the borate exporter BOR1 acts as a key transporter under boron (B) limitation in the soil. Upon sufficient-B supply, BOR1 undergoes ubiquitination and is transported to the vacuole for degradation, to avoid overaccumulation of B. However, the mechanisms underlying B-sensing and ubiquitination of BOR1 are unknown. In this study, we confirmed the lysine-590 residue in the C-terminal cytosolic region of BOR1 as the direct ubiquitination site and showed that BOR1 undergoes K63-linked polyubiquitination. A forward genetic screen identified that amino acid residues located in vicinity of the substrate-binding pocket of BOR1 are essential for the vacuolar sorting. BOR1 variants that lack B-transport activity showed a significant reduction of polyubiquitination and subsequent vacuolar sorting. Coexpression of wild-type (WT) and a transport-defective variant of BOR1 in the same cells showed degradation of the WT but not the variant upon sufficient-B supply. These findings suggest that polyubiquitination of BOR1 relies on its conformational transition during the transport cycle. We propose a model in which BOR1, as a B transceptor, directly senses the B concentration and promotes its own polyubiquitination and vacuolar sorting for quick and precise maintenance of B homeostasis.

    DOI: 10.1093/plcell/koaa020

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  5. Sensors for the quantification, localization and analysis of the dynamics of plant hormones. 査読有り 国際誌

    Isoda R, Yoshinari A, Ishikawa Y, Sadoine M, Simon R, Frommer WB, Nakamura M

    The Plant journal : for cell and molecular biology   105 巻 ( 2 ) 頁: 542 - 557   2020年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Plant Journal  

    Plant hormones play important roles in plant growth and development and physiology, and in acclimation to environmental changes. The hormone signaling networks are highly complex and interconnected. It is thus important to not only know where the hormones are produced, how they are transported and how and where they are perceived, but also to monitor their distribution quantitatively, ideally in a non-invasive manner. Here we summarize the diverse set of tools available for quantifying and visualizing hormone distribution and dynamics. We provide an overview over the tools that are currently available, including transcriptional reporters, degradation sensors, and luciferase and fluorescent sensors, and compare the tools and their suitability for different purposes.

    DOI: 10.1111/tpj.15096

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  6. Covalent Self-Labeling of Tagged Proteins with Chemical Fluorescent Dyes in BY-2 Cells and Arabidopsis Seedlings. 査読有り 国際誌

    Iwatate RJ, Yoshinari A, Yagi N, Grzybowski M, Ogasawara H, Kamiya M, Komatsu T, Taki M, Yamaguchi S, Frommer WB, Nakamura M

    The Plant cell   32 巻 ( 10 ) 頁: 3081 - 3094   2020年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Plant Cell  

    Synthetic chemical fluorescent dyes promise to be useful for many applications in biology. Covalent, targeted labeling, such as with a SNAP-tag, uses synthetic dyes to label specific proteins in vivo for studying processes such as endocytosis or for imaging via super-resolution microscopy. Despite its potential, such chemical tagging has not been used effectively in plants. A major drawback has been the limited knowledge regarding cell wall and membrane permeability of the available synthetic dyes. Of 31 synthetic dyes tested here, 23 were taken up into BY-2 cells, while eight were not. This creates sets of dyes that can serve to measure endocytosis. Three of the dyes that were able to enter the cells, SNAP-tag ligands of diethylaminocoumarin, tetramethylrhodamine, and silicon-rhodamine 647, were used to SNAP-tag a-tubulin. Successful tagging was verified by live cell imaging and visualization of microtubule arrays in interphase and during mitosis in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) seedlings. Fluorescence activation-coupled protein labeling with DRBG-488 was used to observe PIN-FORMED2 (PIN2) endocytosis and delivery to the vacuole as well as preferential delivery of newly synthesized PIN2 to the actively forming cell plate during mitosis. Together, the data demonstrate that specific self-labeling of proteins can be used effectively in plants to study a wide variety of cellular and biological processes.

    DOI: 10.1105/tpc.20.00439

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  7. Polar Localization of the Borate Exporter BOR1 Requires AP2-Dependent Endocytosis. 査読有り 国際誌

    Yoshinari A, Hosokawa T, Amano T, Beier MP, Kunieda T, Shimada T, Hara-Nishimura I, Naito S, Takano J

    Plant physiology   179 巻 ( 4 ) 頁: 1569 - 1580   2019年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Plant Physiology  

    Boron (B) is an essential element in plants but is toxic when it accumulates to high levels. In root cells of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), the borate exporter BOR1 is polarly localized in the plasma membrane toward the stele side for directional transport of B. Upon high-B supply, BOR1 is rapidly internalized and degraded in the vacuole. The polar localization and B-induced vacuolar sorting of BOR1 are mediated by endocytosis from the plasma membrane. To dissect the endocytic pathways mediating the polar localization and vacuolar sorting, we investigated the contribution of the clathrin adaptor protein, ADAPTOR PROTEIN2 (AP2) complex, to BOR1 trafficking. In the mutants lacking m- or s-subunits of the AP2 complex, the polar localization and constitutive endocytosis of BOR1 under low-B conditions were dramatically disturbed. A coimmunoprecipitation assay showed association of the AP2 complex with BOR1, while it was independent of YxxF sorting motifs, which are in a cytosolic loop of BOR1. A yeast twohybrid assay supported the interaction of the AP2 complex m-subunit with the C-terminal tail but not with the YxxF motifs in the cytosolic loop of BOR1. Intriguingly, lack of the AP2 subunit did not affect the B-induced rapid internalization/vacuolar sorting of BOR1. Consistent with defects in the polar localization, the AP2 complex mutants showed hypersensitivity to B deficiency. Our results indicate that AP2-dependent endocytosis maintains the polar localization of BOR1 to support plant growth under low-B conditions, whereas the B-induced vacuolar sorting of BOR1 is mediated through an AP2-independent endocytic pathway.

    DOI: 10.1104/pp.18.01017

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  8. Nodulin Intrinsic Protein 7;1 Is a Tapetal Boric Acid Channel Involved in Pollen Cell Wall Formation.

    Routray P, Li T, Yamasaki A, Yoshinari A, Takano J, Choi WG, Sams CE, Roberts DM

    Plant physiology   178 巻 ( 3 ) 頁: 1269 - 1283   2018年11月

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   記述言語:英語   出版者・発行元:Plant Physiology  

    Boron is an essential plant micronutrient that plays a structural role in the rhamnogalacturonan II component of the pectic cell wall. To prevent boron deficiency under limiting conditions, its uptake, distribution, and homeostasis are mediated by boric acid transporters and channel proteins. Among the membrane channels that facilitate boric acid uptake are the type II nodulin intrinsic protein (NIP) subfamily of aquaporin-like proteins. Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) possesses three NIP II genes (NIP5;1, NIP6;1, and NIP7;1) that show distinct tissue expression profiles (predominantly expressed in roots, stem nodes, and developing flowers, respectively). Orthologs of each are represented in all dicots. Here, we show that purified and reconstituted NIP7;1 is a boric acid facilitator. By using native promoter-reporter fusions, we show that NIP7;1 is expressed predominantly in anthers of young flowers in a narrow developmental window, floral stages 9 and 10, with protein accumulation solely within tapetum cells, where it is localized to the plasma membrane. Under limiting boric acid conditions, loss-of-function T-DNA mutants (nip7;1-1 and nip7;1-2) show reduced fertility, including shorter siliques and an increase in aborted seeds, compared with the wild type. Under these conditions, nip7;1 mutant pollen grains show morphological defects, increased aggregation, defective exine cell wall formation, reduced germination frequency, and decreased viability. During stages 9 and 10, the tapetum is essential for supplying materials to the pollen microspore cell wall. We propose that NIP7;1 serves as a gated boric acid channel in developing anthers that aids in the uptake of this critical micronutrient by tapetal cells.

    DOI: 10.1104/pp.18.00604

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  9. TOL proteins mediate vacuolar sorting of the borate transporter BOR1 in Arabidopsis thaliana. 査読有り

    Yoshinari A, Korbei B, Takano J

    Soil Sci Plant Nutr   64 巻 ( 5 ) 頁: 598 - 605   2018年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Soil Science and Plant Nutrition  

    Boron (B) is an essential micronutrient for plants; however, it shows cytotoxicity at high concentrations. A borate transporter BOR1 is required for efficient transport of B toward the root stele in Arabidopsis thaliana. BOR1 shows polar localization in the plasma membrane of various root cells toward the stele-side under B limitation. To avoid over-accumulation of B, BOR1 in the plasma membrane is rapidly internalized and transported into the vacuole for proteolysis after high-B supply in an ubiquitination-dependent manner. Although BOR1 has been predicted to be transported into multi-vesicular bodies/late endosomes (MVB/LEs) via the endosomal sorting complex required for transport (ESCRT) machinery, experimental evidence was absent so far. In this study, we investigated the intracellular localization of BOR1 by visualizing endomembrane compartments, and tested the involvement of ESCRT-0-like proteins TOM1-LIKEs (TOLs) in the vacuolar sorting of BOR1. Under low-B conditions, a large portion of cytoplasmic BOR1 was localized in the trans-Golgi networks/early endosomes (TGN/EEs) labeled with VHA-a1 subunit. Pharmacological interference of endosomal recycling using brefeldin A-induced colocalization of BOR1 with RabA5D, which labels recycling vesicles associated with the TGN. On the other hand, under high-B conditions, BOR1 was localized in the inside of TOL5-positive MVB/LEs. To examine the roles of TOL proteins in intracellular trafficking of BOR1, we analyzed BOR1-GFP localization in the TOL quintuple mutant (tolQ; tol2-1tol3-1tol5-1tol6-1tol9-1) after high-B supply. In the tolQ mutant, vacuolar sorting of BOR1 was delayed, while the polar localization of BOR1 was not disturbed. Taken together, BOR1 is constantly transported to the TGN/EE by endocytosis and recycled to the plasma membrane likely via RabA5D-positive endomembrane compartments under low-B conditions. On the other hand, BOR1 is transported to the vacuole via TOL5-positive MVB/LEs under high-B conditions. TOL proteins are required for sorting of ubiquitinated BOR1 into MVB/LE for vacuolar degradation.

    DOI: 10.1080/00380768.2018.1504322

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  10. Insights into the Mechanisms Underlying Boron Homeostasis in Plants. 査読有り

    Yoshinari A, Takano J

    Frontiers in plant science   8 巻   頁: 1951   2017年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Frontiers in Plant Science  

    Boron is an essential element for plants but is toxic in excess. Therefore, plants must adapt to both limiting and excess boron conditions for normal growth. Boron transport in plants is primarily based on three transport mechanisms across the plasma membrane: passive diffusion of boric acid, facilitated diffusion of boric acid via channels, and export of borate anion via transporters. Under boron -limiting conditions, boric acid channels and borate exporters function in the uptake and translocation of boron to support growth of various plant species. In Arabidopsis thaliana, NIP5;1 and BOR1 are located in the plasma membrane and polarized toward soil and stele, respectively, in various root cells, for efficient transport of boron from the soil to the stele. Importantly, sufficient levels of boron induce downregulation of NIP5;1 and BOR1 through mRNA degradation and proteolysis through endocytosis, respectively. In addition, borate exporters, such as Arabidopsis BOR4 and barley Bot1, function in boron exclusion from tissues and cells under conditions of excess boron. Thus, plants actively regulate intracellular localization and abundance of transport proteins to maintain boron homeostasis. In this review, the physiological roles and regulatory mechanisms of intracellular localization and abundance of boron transport proteins are discussed.

    DOI: 10.3389/fpls.2017.01951

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  11. Polar Localization of the NIP5;1 Boric Acid Channel Is Maintained by Endocytosis and Facilitates Boron Transport in Arabidopsis Roots. 査読有り

    Wang S, Yoshinari A, Shimada T, Hara-Nishimura I, Mitani-Ueno N, Feng Ma J, Naito S, Takano J

    The Plant cell   29 巻 ( 4 ) 頁: 824 - 842   2017年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1105/tpc.16.00825

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  12. Plant Aquaporin Trafficking

    Takano Junpei, Yoshinari Akira, Luu Doan-Trung

    PLANT AQUAPORINS: FROM TRANSPORT TO SIGNALING     頁: 47 - 81   2017年

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   記述言語:日本語  

    DOI: 10.1007/978-3-319-49395-4_3

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  13. The manifold actions of signaling peptides on subcellular dynamics of a receptor specify stomatal cell fate. 査読有り 国際誌

    Qi X, Yoshinari A, Bai P, Maes M, Zeng SM, Torii KU

    eLife   9 巻   頁: 1 - 29   2020年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:eLife  

    Receptor endocytosis is important for signal activation, transduction, and deactivation. However, how a receptor interprets conflicting signals to adjust cellular output is not clearly understood. Using genetic, cell biological, and pharmacological approaches, we report here that ERECTA-LIKE1 (ERL1), the major receptor restricting plant stomatal differentiation, undergoes dynamic subcellular behaviors in response to different EPIDERMAL PATTERNING FACTOR (EPF) peptides. Activation of ERL1 by EPF1 induces rapid ERL1 internalization via multivesicular bodies/ late endosomes to vacuolar degradation, whereas ERL1 constitutively internalizes in the absence of EPF1. The co-receptor, TOO MANY MOUTHS is essential for ERL1 internalization induced by EPF1 but not by EPFL6. The peptide antagonist, Stomagen, triggers retention of ERL1 in the endoplasmic reticulum, likely coupled with reduced endocytosis. In contrast, the dominant-negative ERL1 remained dysfunctional in ligand-induced subcellular trafficking. Our study elucidates that multiple related yet unique peptides specify cell fate by deploying the differential subcellular dynamics of a single receptor.

    DOI: 10.7554/eLife.58097

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  14. Analysis of Endocytosis and Intracellular Trafficking of Boric Acid/Borate Transport Proteins in Arabidopsis. 査読有り 国際誌

    Yoshinari A, Takano J

    Methods in molecular biology (Clifton, N.J.)   2177 巻   頁: 1 - 13   2020年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Methods in Molecular Biology  

    Plants take up inorganic nutrients from the soil by transport proteins located in the plasma membrane of root cells. Boron (B) is an essential element for plant growth; it taken up and translocated by boric acid channels such as NIP5;1 and borate exporters such as BOR1 in Arabidopsis. NIP5;1 and BOR1 are localized to the plasma membrane of various root cells in polar manners toward soil- and stele-side, respectively, for efficient transport of B. In response to elevated B concentration, BOR1 undergoes vacuolar sorting for degradation to avoid accumulation of B to a toxic level in tissues. The polar localization and vacuolar sorting of the transport proteins are regulated through differential mechanisms of endocytosis and intracellular trafficking. In this chapter, we describe methods for quantitative live-cell imaging of GFP-NIP5;1 and BOR1-GFP as markers for the polar and vacuolar trafficking.

    DOI: 10.1007/978-1-0716-0767-1_1

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  15. Lack of ACTPK1, an STY kinase, enhances ammonium uptake and use, and promotes growth of rice seedlings under sufficient external ammonium. 査読有り

    Beier MP, Obara M, Taniai A, Sawa Y, Ishizawa J, Yoshida H, Tomita N, Yamanaka T, Ishizuka Y, Kudo S, Yoshinari A, Takeuchi S, Kojima S, Yamaya T, Hayakawa T

    The Plant journal : for cell and molecular biology   93 巻 ( 6 ) 頁: 992 - 1006   2018年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Plant Journal  

    Ammonium influx into plant roots via the high-affinity transport system (HATS) is down-modulated under elevated external ammonium, preventing ammonium toxicity. In ammonium-fed Arabidopsis, ammonium transporter 1 (AMT1) trimers responsible for HATS activity are allosterically inactivated in a dose-dependent manner via phosphorylation of the conserved threonine at the carboxyl-tail by the calcineurin B-like protein 1-calcineurin B-like protein-interacting protein kinase 23 complex and other yet unidentified protein kinases. Using transcriptome and reverse genetics in ammonium-preferring rice, we revealed the role of the serine/threonine/tyrosine protein kinase gene OsACTPK1 in down-modulation of HATS under sufficient ammonium. In wild-type roots, ACTPK1 mRNA and protein accumulated dose-dependently under sufficient ammonium. To determine the function of ACTPK1, two independent mutants lacking ACTPK1 were produced by retrotransposon Tos17 insertion. Compared with segregants lacking insertions, the two mutants showed decreased root growth and increased shoot growth under 1 mm ammonium due to enhanced ammonium acquisition, via aberrantly high HATS activity, and use. Furthermore, introduction of OsACTPK1 cDNA fused to the synthetic green fluorescence protein under its own promoter complemented growth and the HATS influx, and suggested plasma membrane localization. Root cellular expression of OsACTPK1 also overlapped with that of ammonium-induced OsAMT1;1 and OsAMT1;2. Meanwhile, threonine-phosphorylated AMT1 levels were substantially decreased in roots of ACTPK1-deficient mutants grown under sufficient ammonium. Bimolecular fluorescence complementation assay further confirmed interaction between ACTPK1 and AMT1;2 at the cell plasma membrane. Overall, these findings suggest that ACTPK1 directly phosphorylates and inactivates AMT1;2 in rice seedling roots under sufficient ammonium.

    DOI: 10.1111/tpj.13824

    Web of Science

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書籍等出版物 1

  1. Plant Aquaporin Trafficking

    Takano J, Yoshinari A, Luu DT( 担当: 共著)

    2017年 

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MISC 2

  1. アダプタータンパク質複合体AP-4はホウ酸トランスポーターBOR1のTGNから液胞への輸送において重要である

    HOSOKAWA Takuya, YOSHINARI Akira, YOSHINARI Akira, KUNIEDA Tadashi, KUNIEDA Tadashi, SHIMADA Tomoo, HARA-NISHIMURA Ikuko, TAKANO Junpei  

    日本植物生理学会年会(Web)60th 巻   2019年

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  2. ホウ酸トランスポーターAtBOR1の液胞標的化におけるアダプター蛋白質複合体4(AP-4)の役割

    HOSOKAWA Takuya, YOSHINARI Akira, KUNIEDA Tadashi, KUNIEDA Tadashi, SHIMADA Tomoo, HARA-NISHIMURA Ikuko, TAKANO Junpei  

    日本植物生理学会年会(Web)59th 巻   2018年

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科研費 5

  1. 受容体様キナーゼの極性スイッチの分子機構と生理学的意義の解明

    研究課題/研究課題番号:22K15139  2022年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    吉成 晃

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4550000円 ( 直接経費:3500000円 、 間接経費:1050000円 )

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  2. ケミカルジェネティクスによる植物の細胞極性形成機構の解明

    研究課題/研究課題番号:20J01129  2020年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    吉成 晃

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    担当区分:その他 

    植物細胞において、「内側/外側の細胞極性」を決定する根本的な要素は全く分かっていない。本研究では、合成小分子および環状ペプチドライブラリーを用いたケミカルジェネティクスおよび分泌性ペプチド遺伝子の異所発現系によって「内側/外側の細胞極性」を決定するモルフォゲンと下流の遺伝子群を一挙に同定する。
    細胞極性の形成は多細胞生物の発生、生育、そして環境応答に必須であり、植物においても様々な極性軸に基づく細胞極性が存在することが知られている。しかしながら、細胞極性を制御する分子機構については不明な点が多い。この理由として、細胞極性の形成が胚発生において重要なプロセスであること、遺伝子重複による変異体獲得の困難さ等が挙げられる。本研究では、ケミカルジェネティクスによって、変異体スクリーニングでは獲得できなかった細胞極性を司る遺伝子群を同定し、植物において細胞極性を形成し維持するメカニズムを明らかにするものである。
    現在までに、約7,300種類(目標の18.3%)の小分子化合物のスクリーニングを終えており、BOR1やNIP5;1の極性局在パターンを変調するヒット化合物として2種類の分子を同定している。これらの分子については、標的タンパク質を同定するための実験を行っている。
    また、細胞層特異的な極性局在パターンを示すユニークな受容体様キナーゼを新たに発見し、この受容体様キナーゼの極性局在を制御する分子機構についての解析も始めた。この受容体様キナーゼの一部のアミノ酸配列を削った変異体を複数種類作製し、これらの細胞内局在を解析した結果、キナーゼドメイン近傍のドメインが内皮細胞層特異的な中心柱に向かった極性局在パターンに重要であることがわかった。質量分析によってこのドメイン内の翻訳後修飾を網羅的に解析したところ、リジン残基のユビキチン化とセリン残基のリン酸化が検出された。現在、これらの翻訳後修飾が、細胞層特異的な極性パターンのスイッチとして機能していると仮説を立てて検証を行っている。
    BOR1-GFPを細胞極性マーカーとして、細胞極性を変調する化合物をスクリーニングしている。現在までに約7,300種類の小分子化合物のスクリーニングを終えており、BOR1-GFPの極性パターンを変調する化合物を2種類獲得している。また、細胞極性マーカーとなりうる機能未知の受容体様キナーゼを同定した。この受容体様キナーゼは、細胞層特異的な極性局在パターンを示すことから、植物細胞における膜タンパク質の「極性スイッチ」機構のモデルとしても用いることができる。現在までに、この受容体様キナーゼの極性パターンに重要なドメインを同定し、このドメイン内の翻訳後修飾を、質量分析によって同定している。
    今後、現在進めている化合物スクリーニングを継続するととともに、ヒット化合物の標的タンパク質を同定する。また、新たに発見した受容体様キナーゼの極性パターンを制御する仕組みと生理的機能を明らかにするため、アミノ酸置換変異の導入、相互作用因子の同定、変異体の獲得を行う。また、受容体様キナーゼの部分配列(ドメイン)が極性パターンに関わっていることから、このドメインがタンパク質の動態にどのような影響を与えるのかを、コンピュータシミュレーションによって明らかにする。

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  3. 膜電位の可視化による植物の膜電位シグナリング機構の解明

    研究課題/研究課題番号:19K16164  2019年4月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究  若手研究

    吉成 晃

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    近年、植物の細胞間情報伝達メカニズムとして「膜電位の変化」が注目されている。特に傷害に伴う膜電位の変化は傷害を受けた部位から離れた部位まで伝達され、組織・器官間の高速・長距離シグナル伝達機構として機能することが示されている。また、膜輸送タンパク質を介した物質輸送には、プロトン勾配や膜電位が密接に関わっていることから、膜電位の大小や局在が細胞毎に多様化している可能性がある。本研究では、植物の膜電位を可視化する新規の蛍光プローブを作製し、定量的なイメージングによって植物の膜電位シグナリング機構を理解する。
    近年、植物の細胞間情報伝達メカニズムとして「膜電位の変化」が注目されている。特に傷害に伴う膜電位の変化は傷害を受けた部位から離れた部位まで伝達され、組織・器官間の高速・長距離シグナル伝達機構として機能することが示されている。また、膜輸送タンパク質を介した物質輸送には、プロトン勾配や膜電位が密接に関わっていることから、膜電位の大小や局在が細胞毎に多様化している可能性がある。
    本研究では、(1) 植物の膜電位変化を可視化する新規の蛍光タンパク質膜電位プローブ (Plant-GEVI) の開発、(2) Plant-GEVIを用いて、個体・細胞レベルでの膜電位イメージング解析、(3) Plant-GEVIを用いた根の膜電位マップの作製を通して、植物の膜電位制御と膜電位を介した長距離膜電位シグナリング機構を理解する。
    これまでに、FlicR1、Mermaid2といった既存のGEVIが、植物の細胞膜に局在することを確かめている。さらに、FlicR1のVoltage sensing domain (VSD)にアミノ酸置換変異を導入することで、反応可能な膜電位の値を、植物の膜電位域に近づけることに成功している。現在、変異型FlicR1およびMermaid2を植物の根や孔辺細胞に発現させ、これらの膜電位変化に対する応答を調べている。一方、ASAP3と呼ばれるGEVIを植物に導入したところ、ASAP3は小胞体にスタックしてしまうことがわかった。
    孔辺細胞におけるイメージングを行っているが、観察中に組織が動いてしまうという問題がある。医療用接着剤による組織のカバーグラスへの固定を検討している。また、ASAP3に小胞体からの分泌を促すと期待できるSTP1C末端領域や、ゴルジ体以降シグナルを導入したものの、植物細胞においてASAP3を細胞膜に局在させることはできなかった。FlicR1のcpmApple部位にGO-Matryoshkaを導入し、FlicR1をratiometric GEVIに改変する実験を行っており、膜電位に応答して蛍光量が変化するプロトタイプが複数得られているものの、未だに蛍光変化のレベルが小さく、実用化には程遠い。
    現在のところ、膜電位の反応域を改変した変異型FlicR1およびMermaid2が、最も期待できるGEVIである。今後は、これらを発現する形質転換体を用いた詳細なイメージング解析を中心に行う。また、FlicR1をratiometric GEVIに改変するために、るVSDとGO-Matryoshka部位の間のリンカーのスクリーニングを継続する。

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  4. 微小管の力学的特性計測と再構成系による微小管切断装置の階層的理解

    研究課題/研究課題番号:18KK0195  2018年10月 - 2022年3月

    科学研究費助成事業  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

    中村 匡良, 吉成 晃, 橋本 隆

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    担当区分:研究分担者 

    微小管の配向パターン形成の制御は、染色体分離や細胞極性、形態形成など生物に必須な活動に寄与している。発生や環境シグナルに応答し植物が表層微小管の変化させるためには、カタニンによる微小管切断が重要である。微小管動態解析により植物体表面の間期表皮細胞における微小管切断部位や切断に要する時間は確認できるが、カタニンの局在性や切断活性制御の分子基盤は明らかとなっていない。そこで、本研究では、従来の遺伝学や生化学的解析に加え、ライブセルイメージング法やin vitro再構築系の確立を行うことで微小管切断装置を分子レベル・細胞レベルで理解することを目的とする。微小管切断因子であるカタニンは切断活性を持つp60サブユニット、及び切断部位や活性を制御するp80サブユニットで構成される。表層微小管の時間的空間的な制御機構を明らかにするため、p80および関連タンパク質のカタニン局在への機能を調べる。計画3年目は海外での研究が不可能であったため、国内研究機関での研究が中心となった。観察用マーカーラインを整備し、表皮細胞でのp80sと微小管の動態解析、in vitro実験用のp60とp80タンパク質の準備、植物体チューブリン精製系の確立を行った。また、質量分析により植物チューブリンの翻訳後修飾解析とカタニン相互作用因子の同定を行い、同定されたアセチル化やリン酸化、相互作用因子が微小管切断機構や微小管配向制御にどのように寄与するか解析を行っている。
    海外での研究ができなかったため国内機関での研究が中心となった。計画研究に加え、動態解析や質量分析を行い新しいチューブリンの翻訳後修飾やカタニンの相互作用因子を同定した。
    動的微小管を用いたin vitro再構成系の確立を行い、これまでに得られた微小管切断タンパク質p60サブユニット・p80サブユニットの微小管交差部位でのカタニン局在性への機能を調べる。光ピンセットにより交差された微小管へのカタニンタンパク質の局在性解析を行う。質量分析の結果得られたチューブリン翻訳後修飾やカタニン相互作用因子の微小管切断への影響を解析する。細胞層深部でのカタニンの動態観察を行い、微小管切断機能の解析を行う。

  5. 微小管の力学的特性計測と再構成系による微小管切断装置の階層的理解

    2018年 - 2021年

    日本学術振興会  2018年度 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B)) 

    中村 匡良

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    資金種別:競争的資金

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