Phosphatidylinositol 4-phosphate (PI4P) is a minor anionic lipid present in the membranes of eukaryotic cells. It functions as a signaling molecule by recruiting proteins with PI4P-binding domains or positively charged region. In Arabidopsis, three PI4-kinases (PI4Ks) which generate PI4P from phosphatidylinositol (PI) have been identified: PI4K alpha1 localizes to the plasma membrane, whereas PI4K beta1 (PI4Kb1) and PI4Kb2 function at the trans-Golgi network (TGN). The pi4kb1/2 double loss-of-function mutants exhibit abnormal TGN morphology, dwarfism, short roots, disordered root hair growth, and impaired cell division, highlighting their importance in plant development. However, the function of PI4P in the plant endomembrane system remains unclear. Unlike yeasts and animals, PI4P sensors predominantly accumulate at the plasma membrane in plants, and can target endosomes only when the plasma membrane PI4P is removed. This is questioning whether PI4P could function at the plant TGN as a simple landmark.

In this seminar, I will present our recent data on proteins potentially acting downstream of PI4Kb1/2. They belong to a protein family which mediates lipid exchange between the endoplasmic reticulum (ER) and other organelles. I will discuss the potential role of PI4P in mediating inter-organelle crosstalk.

 

ホスファチジルイノシトール4リン酸（PI4P）は，真核細胞の生体膜に微量存在する，負電荷を帯びた脂質（アニオン脂質）の一種である。これらはPI4P結合ドメインや正電荷を持つタンパク質をリクルートすることでシグナルとして機能する。シロイヌナズナには，PI4Pをホスファチジルイノシトール（PI）から生成するキナーゼ（PI4K）が3つ存在し， PI4K alpha1は細胞膜，PI4K beta1（PI4Kb1）とPI4Kb2はトランスゴルジ網（TGN）で機能すると報告されていた。PI4Kb1/2の二重欠損変異体は，TGN形態異常や，植物個体の矮性化，主根長の減少，根毛伸長異常，細胞分裂異常などを示すことから，PI4Kb1/2の植物の発達制御における重要性が伺える。しかし，植物内膜系におけるPI4Pの機能には謎がある。酵母や動物と異なり，植物ではPI4Pセンサーは主に細胞膜に蓄積し，エンドソームのPI4Pの可視化には細胞膜上のPI4Pの除去を要する。このことから，植物のTGN上のPI4Pが，単純なランドマークとして機能する可能性は低いと考えられる。

本セミナーでは，PI4Kb1/2の下流で働く可能性のある因子についての最新データを報告する。これらは小胞体と他のオルガネラの間で脂質交換輸送を担うタンパク質群に属する。これまでの結果から考えられる，PI4Pがオルガネラ間コミュニケーションを担う可能性について議論したい。

東京大学大学院理学系研究科・生物科学専攻・遺伝学研究室