1989年に植物ミトコンドリアのが発見されて以来多くの研究がなされてきたが、現在でも部位識別に係わるシス配列、ガイド配列（シス及びトランス、DNA or RNA）、トランス因子（タンパク質）、デアミナーゼは確定されていない。このの分子装置についての知見を得るため我々は部位の比較解析を進めている。
我々はタバコミトコンドリアのDNA塩基配列を決定し、36種類のタンパク質、3種類のrRNA、そして、21種類のtRNAをコードする遺伝子があることを報告した（2005年）。その基盤情報を基にRT-PCR法で36種類のタンパク質遺伝子の部位519箇所を決定した。そして、部位の決められているタバコ、シロイヌナズナ、イネ、ナタネの29遺伝子について塩基配列をマルチプルアライメントし、780箇所の部位をマークした。その結果、4種の植物で共通な部位は170箇所（22％）しかなく、303部位（39％）は種固有であった。これらの結果から、
●陸上植物が多様化した後、それぞれの系統ごとに独自に部位を獲得固定した。
●トランス因子は多数の部位をまとめて識別する。
●そのトランス因子も植物系統ごとに独自に進化した。
と推定した。

抄録全体を表示

とは、ゲノム DNA の配列が転写後に RNA レベルで改変される現象で、高等植物の葉緑体 mRNA では 20 ～ 30 ヶ所の C 残基が U 残基に変換されることが知られている。タバコ（Nicotiana tabacum）葉緑体では、34 ヶ所の 部位が同定されており、今回我々は新たに 2 ヶ所のエディティング部位を同定した。しかし、その部位認識機構や生理的意義には不明な点が多い。我々の研究グループは、タバコ単離葉緑体より in vitro 系を開発している。この in vitro 系を用いた解析で、これまでに 4 ヶ所のエディティングのシス配列が決定されているが、網羅的な解析にはより簡便な実験系が不可欠である。そのため、従来の ³²P 基質を用いる代わりに非ラジオアイソトープアッセイ法を導入することにより、簡便かつ効率的な高速アッセイ化した in vitro 系を確立した。この in vitro 系を用いて、タバコ葉緑体 部位の in vitro でのエディティング効率を網羅的に解析したので、これらの解析結果も併せて報告する。

抄録全体を表示

は、遺伝情報をRNAレベルで変化させる現象であり、様々な生物で観察される。植物では、葉緑体mRNAとミトコンドリアmRNAの特定の部位で、CからUへのエディティングが観察される。また、核や葉緑体にコードされるtRNAでは、アンチコドンのゆらぎの部位でAからIへのエディティングを受けるものが存在する。これらのは、いずれも脱アミノ化反応であり、哺乳動物や酵母などでは、すでに反応を触媒するデアミナーゼが同定されている。しかし、植物の塩基置換型のの分子機構に関しては不明な点が多く、触媒活性を担う酵素もまだ明らかにされていない。本研究では、植物においてデアミナーゼがに関与するかどうかを検討するため、シロイヌナズナにおけるデアミナーゼ遺伝子ファミリーの特徴付けを行った。
データベース検索の結果、シロイヌナズナのゲノムにおいてデアミナーゼドメインをコードする遺伝子は17種類見出された。これら遺伝子のうち、tRNAのエディティングに働くアデノシンデアミナーゼのグループに属するものが6種類あったが、動物においてmRNAのエディティングに働くデアミナーゼのグループに属するものは見出されなかった。本研究では、17種全てのデアミナーゼ遺伝子の構造や発現パターン、細胞内局在についても合わせて報告する。

抄録全体を表示

とは、ゲノム DNA の配列が RNA レベルで改変される現象で、高等植物の葉緑体 mRNA では 20 ～ 30 ヶ所の C から U への変換型 部位が同定されている。しかし、その部位認識機構を含め生理的意義や進化的背景は不明な点が多い。我々は、栽培タバコ（Nicotiana tabacum）とその原種 N. sylvestris と N. tomentosiformis 、イネ、エンドウの葉緑体エディティング部位を組織的に同定した。これらとトウモロコシ、シロイヌナズナ等の部位を in silico 解析し部位認識に関与が考えられる特徴を抽出した。一方、タバコ in vitro 系を用いた生化学的な解析により、4 ヶ所のエディティングのシス配列が決定されているが、網羅的な解析には、より効率的な実験系が必要である。そこで、従来の ³²P 基質を用いる in vitro 実験系に非 IR アッセイ法を導入することにより、簡便かつ効率的に高速アッセイ化に成功した。

抄録全体を表示

低温環境下の高等植物において、細胞学的変化、生理・生化学的変化が観察される。その中で、ミトコンドリアに関連する変化を指摘する研究事例は多い。本研究では、低温とミトコンドリア遺伝子発現の関係を明らかにする目的で、グループIIイントロンを持つ全てのミトコンドリア遺伝子について、スプライシングとの低温に対する変化を解析した。材料には、熱帯原産の低温感受性植物イネと半乾燥地帯原産で低温馴化能を持つ植物コムギを用いた。12℃で14日間処理したイネ茎葉部において、イントロンを含む前駆体転写産物の蓄積は増加するか変化が見られず、減少に転じたものは無かった。さらにの生じていない箇所が認められた。スプライシングを経た転写産物の蓄積については減少するか変化が見られなかった。一方、0.5～2℃で14日間処理したコムギ茎葉部において、前駆体転写産物の蓄積は全ての遺伝子で増加し、の頻度が著しく低下する箇所があった。スプライシングを経た転写産物の蓄積は増加するか変化が見られなかった。低温によって前駆体転写産物の蓄積が増加するのは一般的な傾向であるが、前駆体転写産物とスプライシングを経た転写産物の増減には相関はない。低温に対する成熟型転写産物の蓄積量変化の違いが、イネとコムギの低温馴化能の違いを反映しているなら興味深い。

抄録全体を表示

タバコミトコンドリアには36種類のタンパク質、3種類のrRNA、そして、21種類のtRNAをコードする遺伝子がある。転写単位とプロモーター領域の探索、そして、部位の決定によって、それらの機能発現を推測した。
タバコミトコンドリアDNA(mtDNA)の遺伝子間スペースは73個でそのサイズはrpl5-rps14の1 bpからnad7a-trnfMの36 kbpまで分布し、平均約5 kbpである。比較的短い遺伝子間スペースを基準に18個の遺伝子クラスターを推定し、それらの内の4つは共転写されることをRT-PCRで確認した。残りの23遺伝子はモノシストロニックな転写であり、従って、少なくとも41個のプロモーターがタバコmtDNAには存在することになる。
双子葉植物ミトコンドリア遺伝子について提案されているCNMプロモーター配列がタバコatp6, trnfM, nad3, rrn18, nad4L, nad5de, atp1, rps4, nad7遺伝子の5’上流領域に見出された。従って、大多数（30個以上）はCNM型とは異なるプロモーターと推定され、今後、転写開始点の決定とプロモーターの解析が必要である。
RT-PCR法で転写後に起きた部位を決定した。現在までに、すべてのタンパク質遺伝子（36種類）でが起こっていること、エディティング部位は全部で510箇所であることを見出している。このうちrps14は偽遺伝子であるので、少なくとも35種類のタンパク質遺伝子は機能発現していることが分かった。

抄録全体を表示

高等植物の葉緑体では、によって、転写後にRNA上の特定のCがUに変換される。エディティング部位は葉緑体ゲノムあたり数十カ所であるが、それらの周辺には共通の塩基配列が見出されず、個々の部位は、それぞれ個別のシス・トランス因子によって認識されると予想されている。本研究では、タバコ葉緑体から調製したin vitro エディティング系を使い、エディティングに関与するトランス因子について、エディティング部位間の共通性・特異性を検討した。まず、エディティングをうける標的塩基、またはその近傍にあるシス因子に、それぞれ³²Pで標識を導入した基質RNAを調製した。次いで、in vitro エディティング系を用いてUVクロスリンク実験を行い、上記の標識ヌクレオチドに結合するタンパク質をSDSPAGEによって解析した。これまでの解析から、psbE-1部位では、標的C塩基とシス因子の双方が、ともに同一の56 kDaタンパク質によって認識されており、さらにpetB-1部位でも、双方が同一の70 kDaのタンパク質によって認識されることが示されていた。今回の研究では、さらに多くの箇所について同様の解析を行ったところ、標的C 塩基に結合するタンパク質の分子量が、rpoA-1部位、rpoB-2部位、rpoB-3部位ですべて異なっていた。現在、これらの部位のシス因子についても結合タンパク質の解析を進めており、それらの結果から、葉緑体の分子機構について考察したい。

抄録全体を表示

ミトコンドリア遺伝子発現制御因子の一つにRNA結合タンパク質であるPentatricopeptide repeat (PPR)タンパク質がある。PPRモチーフは35アミノ酸の繰り返し配列であり、PPRタンパク質は特定の配列に結合し、遺伝子の転写後発現制御に関係した機能を担っている。 本研究では、イネPPRの中で、Mitochondrial PPR 25 (MPR25)と名付けたPPR遺伝子のTos17挿入系統を用いて機能解析を行った。mpr25変異体は淡緑色の葉で、生育不良を示した。MPR25はミトコンドリアに局在し、ミトコンドリア呼吸鎖Complex I (NADH デヒドロゲナーゼ)のサブユニットをコードするnad5のC-U に関係した機能を持っていた。また、生育初期でのmpr25における呼吸活性と、光合成速度を調査した結果、呼吸活性は野生型と比較して差は見られなかったが、強光条件下での光合成速度がmpr25で低下していることがわかった。さらに生育初期のmpr25におけるミトコンドリア呼吸鎖のオルタナティブなNADH デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子の発現解析を行った結果、mpr25でこれら遺伝子の発現が増加していることがわかった。これらのことから、MPR25はnad5のに関係した機能を持ち、光合成にも影響を与えていると考えられた。

抄録全体を表示

Gタンパク質共役型受容体は細胞表面に存在し血液を介したアクセスが容易なこと，さらに受容体が多様性に富むために選択性を上げやすいことなどの点から，これまでに最も多くの薬の開発の対象となってきた．薬理作用の基本となる受容体の多様性は，受容体をコードする遺伝子の多様性とほぼ同じこととしてとらえられてきた．すなわち，受容体の多様性は遺伝子レベルで決定されると考えられてきたのである．しかしながら，mRNAが転写された後に修飾を受けゲノムにコードされているアミノ酸とは違ったアミノ酸になるRNA編集という機構が存在すること，また受容体がタンパク質に翻訳され細胞表面に移行した後，その受容体が同じあるいは異なる受容体と相互作用し新たな性質を持つ二量体を形成することも報告されている．生体内の環境を考えると，このようなポストトランスレーショナルな機構で生じる多様性も考慮しなければならなくなってきている．一方，受容体の多様性は，調節機構の違いのみならず細胞内での局在やシグナリングの違いにも反映されており，多様性の生理的な意義が明らかにされつつある．また，これまでほとんど注目されてこなかった細胞外のアミノ末端領域に特徴的な構造を示す受容体についても触れ今後の展望を述べる．

抄録全体を表示

葉緑体遺伝子から転写されたmRNA前駆体はRNA鎖切断、RNAスプライシング、、トリミングなど複雑な過程を経て成熟mRNAとなる。葉緑体mRNAの5’非翻訳領域は数十から数百ヌクレオチドの長さであり、葉緑体内では転写開始点からのものと途中で切断されて短くなったものが混在している場合が多い。この5’非翻訳領域の切断が翻訳効率に影響するかどうかを植物体(in vivo)を用いて調べるのは難しいので、我々の開発した試験管内(in vitro)翻訳系を用いて解析した。翻訳反応は、mRNA鋳型が不飽和で、反応がほぼ直線的に進行する時間内で測定した。今回は、タバコ葉緑体のatpIとpsaCの各mRNAについて調べた。atpI mRNAはコード領域上流-208と-131から転写が開始され、-85に切断点がある。2箇所の転写開始点からのmRNAはいずれもほぼ同程度に翻訳されたが、-85で切断されたmRNAは極めて高い翻訳活性を示した。psaC mRNAは上流-234から転写され、-173に切断点がある。この場合も同様に切断されたmRNAがより強く翻訳された。これらの結果をもとに5’非翻訳領域の切断の意義を考察する。

抄録全体を表示

メチオニンとトリプトファンを除く全てのアミノ酸には2～6種のコドンが対応しており、同義コドンの使用（出現）頻度は生物種によって異なっている。一般的にコドン使用頻度は対応するtRNA量や翻訳効率を反映していると単純に考えられてきた。しかし葉緑体では、1）によりコドン置換がおこること、2）葉緑体ゲノムに存在しているtRNA遺伝子だけでは全てのアミノ酸コドンに対応できないこと、3）葉緑体遺伝子の発現調節は主として転写後の段階で制御されていること、などの理由から同義コドンの使用頻度と翻訳効率が異なっている可能性が高い。我々は、タバコ葉緑体in vitro翻訳系を基に、個々のコドンの翻訳効率を測定する手法を開発し、これを用いて葉緑体における同義コドンの翻訳効率を測定し、使用頻度との比較解析を行った。その結果、チロシンおよびフェニルアラニンをコードする同義コドンでは、使用頻度と翻訳効率が逆転していること、アルギニンをコードするCGAコドンとAGAコドンでは、使用頻度がほぼ同じであるにもかかわらず翻訳効率に約20倍もの差があること見出した。本研究では、このような同義コドンの翻訳効率の違いが、タンパク質コード領域の翻訳効率にどの程度の影響を与えているかについて、数種のタバコ葉緑体mRNAを用いて解析した。

抄録全体を表示