2025/04/01 更新

写真a

ヨシナリ アキラ
吉成 晃
YOSHINARI Akira
所属
トランスフォーマティブ生命分子研究所 特任講師
職名
特任講師
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 9

  1. 細胞極性

  2. トランスポーター

  3. 細胞生物学

  4. 植物栄養学

  5. シロイヌナズナ

  6. エンドサイトーシス

  7. 受容体

  8. トランスポーター

  9. 植物生理学

研究分野 4

  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

  3. ライフサイエンス / 発生生物学  / 放射軸細胞極性

  4. ライフサイエンス / 植物分子、生理科学

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 7

  1. 国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)さきがけ(兼任)

    2022年10月 - 2026年3月

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    備考:さきがけ「植物分子の機能と制御」領域 第3期生

  2. 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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  3. 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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  4. 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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  5. 大阪府立大学   博士研究員

    2017年1月 - 2017年8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 3

  1. 日本土壌肥料学会

  2. 日本植物生理学会

  3. 日本植物学会

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委員歴 1

  1. 名古屋大学高等研究院   YLC幹事  

    2024年4月 - 2025年3月   

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    団体区分:その他

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受賞 9

  1. 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.

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  2. 第42回(2024年度)日本土壌肥料学会奨励賞

    2024年9月   日本土壌肥料学会  

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  3. 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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  4. 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.

  5. ITbM Award

    2018年2月   トランスフォーマティブ生命分子研究所  

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論文 21

  1. Near-infrared imaging of phytochrome-derived autofluorescence in plant nuclei. 査読有り

    Yoshinari A, Isoda R, Yagi N, Sato Y, Lindeboom JJ, Ehrhardt DW, Frommer WB, Nakamura M

    The Plant journal : for cell and molecular biology     2024年3月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   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 Journal  

    Capturing images of the nuclear dynamics within live cells is an essential technique for comprehending the intricate biological processes inherent to plant cell nuclei. While various methods exist for imaging nuclei, including combining fluorescent proteins and dyes with microscopy, there is a dearth of commercially available dyes for live-cell imaging. In Arabidopsis thaliana, we discovered that nuclei emit autofluorescence in the near-infrared (NIR) range of the spectrum and devised a non-invasive technique for the visualization of live cell nuclei using this inherent NIR autofluorescence. Our studies demonstrated the capability of the NIR imaging technique to visualize the dynamic behavior of nuclei within primary roots, root hairs, and pollen tubes, which are tissues that harbor a limited number of other organelles displaying autofluorescence. We further demonstrated the applicability of NIR autofluorescence imaging in various other tissues by incorporating fluorescence lifetime imaging techniques. Nuclear autofluorescence was also detected across a wide range of plant species, enabling analyses without the need for transformation. The nuclear autofluorescence in the NIR wavelength range was not observed in animal or yeast cells. Genetic analysis revealed that this autofluorescence was caused by the phytochrome protein. Our studies demonstrated that nuclear autofluorescence imaging can be effectively employed not only in model plants but also for studying nuclei in non-model plant species.

    DOI: 10.1111/tpj.16699

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

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  2. Rapid Vacuolar Sorting of the Borate Transporter BOR1 Requires the Adaptor Protein Complex AP-4 in Arabidopsis

    Akira Yoshinari, Yutaro Shimizu, Takuya Hosokawa, Akihiko Nakano, Tomohiro Uemura, Junpei Takano

        2023年12月

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    担当区分:筆頭著者   出版者・発行元:Cold Spring Harbor Laboratory  

    Abstract

    Plants maintain nutrient homeostasis by controlling the activities and abundance of nutrient transporters. InArabidopsis thaliana, the borate (B) transporter BOR1 plays a role in the efficient translocation of B under low-B conditions. BOR1 undergoes polyubiquitination in the presence of sufficient B and is then transported to the vacuole via multivesicular bodies (MVBs) to prevent B accumulation in tissues at a toxic level. A previous study indicated that BOR1 physically interacts with μ subunits of adaptor protein complexes AP-3 and AP-4, both involved in vacuolar sorting pathways. In this study, we investigated the roles of AP-3 and AP-4 subunits in BOR1 trafficking in Arabidopsis. The lack of AP-3 subunits did not affect either vacuolar sorting or polar localization of BOR1-GFP, whereas the absence of AP-4 subunits resulted in a delay in high-B-induced vacuolar sorting without affecting polar localization. Super-resolution microscopy revealed a rapid sorting of BOR1-GFP into AP-4-positive spots in thetrans-Golgi network (TGN) upon high-B supply. These results indicate that AP-4 is involved in sequestration of ubiquitinated BOR1 into a TGN-specific subdomain “vacuolar-trafficking zone,” and is required for efficient sorting to MVB and vacuole. Our findings elucidate the rapid vacuolar sorting process facilitated by AP-4 in plant nutrient transporters.

    Subject areas

    (7) Membrane and transport

    DOI: 10.1101/2023.12.06.570355

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  3. 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

    Web of Science

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  4. 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

    Web of Science

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  5. 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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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 22

  1. フィトクロム蛍光を利用した植物の核イメージング

    YOSHINARI Akira, YOSHINARI Akira, ISODA Reika, YAGI Noriyoshi, FROMMER Wolf B., FROMMER Wolf B., FROMMER Wolf B., NAKAMURA Masayoshi  

    日本植物生理学会年会(Web)65th 巻   2024年

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  2. ホウ酸トランスポーターBOR1によるホウ素輸送とセンシング

    TAKANO Junpei, MURO Keita, TANAKA Mayuki, YOSHINARI Akira  

    日本植物生理学会年会(Web)65th 巻   2024年

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  3. ショ糖かジベレリンか?-二つの基質の輸送活性を切り分けたSWEET13の機能解明

    礒田玲華, PALMAI Zoltan, 吉成晃, CHEN Li-Qing, TAMA Florence, TAMA Florence, TAMA Florence, FROMMER Wolf B., FROMMER Wolf B., 中村匡良  

    日本植物生理学会年会(Web)64th 巻   2023年

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  4. 糖輸送体SWEETの基質選択性を操作する

    礒田玲華, PALMAI Zoltan, 吉成晃, CHEN Li-Qing, TAMA Florence, TAMA Florence, TAMA Florence, FROMMER Wolf B., FROMMER Wolf B., 中村匡良  

    トランスポーター研究会年会抄録集17th (Web) 巻   2023年

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  5. 受容体様キナーゼDPK1の極性局在機構における酸性ループ領域の機能解析

    吉成晃, 吉成晃, 三城恵美, 加納圭子, 桑田啓子, FROMMER Wolf B., FROMMER Wolf B., FROMMER Wolf B., 中村匡良  

    日本植物生理学会年会(Web)64th 巻   2023年

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講演・口頭発表等 10

  1. Chemical genetic and proteomic analyses of cell polarization mechanism in plants 招待有り

    Akira Yoshinari

    CEPLAS Seminar  2023年9月28日 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  2. 植物細胞の位置と方向を記憶する細胞表層タンパク質の探索

    吉成 晃

    日本植物学会 第88回大会  2024年9月14日 

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    会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(指名)  

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  3. ポラリトームで栄養素輸送体が偏在する仕組みを解き明かす 招待有り

    吉成 晃

    第9回 植物の栄養研究会  2024年9月24日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  4. Solving the puzzle of plant cell polarity: discovery and analysis of plant-specific polarity proteins. 招待有り

    Akira Yoshinari

    CEPLAS Friday at HHU Düsseldorf  2025年1月31日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  5. Small-molecule screen for cell polarity control of plants using a polarly-localized transporter, BOR1

    Akira Yoshinari, Ayato Sato, Wolf B. Frommer, Masayoshi Nakamura

    International Workshop on Plant Membrane Biology (IWPMB2023)  2023年3月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 1

  1. 植物の細胞極性を制御する分子基盤の解明

    2022年10月 - 2026年3月

    さきがけ「植物分子の機能と制御」領域 

科研費 7

  1. 植物の細胞極性を制御する分子基盤の解明

    研究課題/研究課題番号:1199518  2022年10月 - 2026年3月

    科学技術振興機構  戦略的創造研究推進事業個人型研究(さきがけ) 

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    担当区分:研究代表者 

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  2. ホウ酸トランスセプターによるホウ素応答機構

    研究課題/研究課題番号:26712007  2014年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(A)

    高野 順平, 吉成 晃, 汪 社亮

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    植物は土壌中/植物体内のミネラル栄養濃度をセンシングし、輸送系を制御して変動するミネラル環境に適応している。ホウ酸は植物の生育に必須であるが過剰に蓄積すると毒ともなる。シロイヌナズナBOR1はホウ酸の細胞外への排出を促進する細胞膜局在型ホウ酸トランスポーターであり、低ホウ酸条件時にホウ酸の導管方向への輸送を担う。BOR1は高ホウ酸濃度にさらされると細胞膜から液胞に輸送されて分解される。本研究では、BOR1がレセプター(トランスセプター)としてホウ酸濃度をセンシングし自身の蓄積量を制御して適切なホウ酸輸送量を保つ可能性を強く示唆することができた。

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  3. 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 )

    植物細胞では、様々な受容体や輸送体タンパク質が特定の細胞膜ドメインに局在することで、形態形成やシグナリング、方向性をもった物質輸送が行われている。本研究では、シロイヌナズナのロイシンリッチリピート受容体様キナーゼ (LRR-RLK)のうち、極性局在性の受容体様キナーゼを多く包含する「VIIサブファミリー」に着目し、申請者が発見したDUAL POLAR KINASE (DPK) の「極性スイッチ」機構の解明を軸として、極性スイッチの普遍的分子機構とその生理学的意義を明らかにするとともに、植物進化の過程でどのように極性スイッチが生まれ多様化したのかを解明する。

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  4. 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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  5. 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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社会貢献活動 1

  1. 第101回 名大カフェ「根っこの科学 〜植物の栄養素獲得をめぐるアンダーグラウンドな世界〜」

    役割:出演

    名古屋大学 学術研究・産学官連携推進本部  2024年3月

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    対象: 中学生, 高校生, 大学生, 大学院生, 教育関係者, 研究者, 社会人・一般

    種別:サイエンスカフェ

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メディア報道 2

  1. 名大、植物の核を非侵襲的に観察できる近赤外自家蛍光イメージング法を開発 インターネットメディア

    https://news.mynavi.jp/techplus/article/20240325-2914107/  マイナビニュース  https://news.mynavi.jp/techplus/article/20240325-2914107/  2024年3月

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    執筆者:本人以外 

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  2. 名大ら,近赤外光で植物の細胞核を見る技術を開発 インターネットメディア

    https://optronics-media.com/news/20240326/89641/  オプトロニクス・オンライン  https://optronics-media.com/news/20240326/89641/  2024年3月

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    執筆者:本人以外 

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