生物科学セミナー　第845回 平成19年12月19日（水）16：30〜18：00

講演題目：環境情報センシングにおける酵母と植物のCa²⁺透過チャネルの機能

講演者名：飯田　秀利（東京学芸大学教育学部生命科学分野）

講演の概要

　あらゆる生物は環境情報を感知し応答することなしに生きることはできない。環境情報の中には、ホルモンやフェロモンなどの生物の生産する物質や、外界のさまざまな物理的化学的刺激が含まれる。これらの刺激の多くは、生体膜に存在するCa²⁺透過チャネルを開口させ、細胞質にCa²⁺シグナルを発生させる。本講演では、出芽酵母のCa²⁺透過チャネルとシロイヌナズナの新規Ca²⁺透過チャネル候補に焦点を当てる。

　出芽酵母のCa²⁺透過チャネル系は、主要構成成分として動物の電位作動性Ca²⁺チャネルのホモログであるCch1、および我々が発見した機械受容チャネル活性をもつMid1から成る(1-3)。このCa²⁺透過チャネル系は、性フェロモン作用後のCa²⁺流入と細胞の生存に必須のものとして発見されたが、その後、低温、アルカリ、Fe²⁺などのストレスや小胞体ストレスによるCa²⁺流入あるいは耐性にも関与することが明らかにされた。

　一方で我々は、シロイヌナズナからMCA1およびMCA2と名付けた機械受容チャネル候補の遺伝子を単離した(4)。この単離は、長年不明であった植物の機械受容チャネルを分子レベルで特定することを目的として、出芽酵母のmid1変異株の致死性を相補できるcDNAをスクリーニングすることにより成功した。これまでの研究から、Mca1は、初生根の接触刺激の感知と機械刺激後のCa²⁺流入に関与することを明らかにしている。

　植物は接触などの機械刺激を敏感に感知できることを、120年も前にチャールズ・ダーウィンが報告している(5)。それ以来、接触ばかりでなく重力に伴う外的機械刺激、細胞分裂や花粉管の伸長に伴う内的機械刺激、および低温刺激などの感知と応答において、Ca²⁺透過性機械受容チャネルの重要性が指摘されてきたが、その分子的実体は不明であった。今回の我々の発見はこの分野に大きな進歩をもたらすものであり、本講演で我々の研究の現状と展望を解説する。

参考文献

1. Paidhungat, M., and Garrett, S. (1997) A homolog of mammalian, voltage-gated calcium channels mediates yeast pheromone-stimulated Ca²⁺ uptake and exacerbates the cdc1(Ts) growth defect. Mol. Cell. Biol. 17:6339-6347

2. Iida, K., Teng, J. et al. (2007) Essential, completely conserved glycine residue in the domain III S2-S3 linker of voltage-gated calcium channel a₁ subunits in yeast and mammals. J. Biol. Chem. 282:25659-25667

3. Kanzaki, M. et al. (1999) Molecular identification of a eukaryotic, stretch-activated nonselective cation channel. Science 285:882-886

4. Nakagawa, Y. et al. (2007) Arabidopsis plasma membrane protein crucial for Ca²⁺ influx and touch sensing in roots. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104:3639-3644

5. Darwin, C. (1888) Movements and Habits of Climbing Plants. John Murray, London （翻訳版：渡辺仁 訳，よじのぼり植物. 森北出版，東京，1991）

理学部生物学科植物学コース