Physcomitrellaにおける標的ラパマイシン（TOR）シグナル伝達の機能的特徴づけ

科学分野:

• 植物生物学
• 分子生物学
• 生化学

背景:

• 標的ラパマイシン（TOR）キナーゼは、真核生物において成長と発達を調節する重要なシグナル伝達ハブである。
• TORシグナル伝達は多くの真核生物でよく研究されているが、モデルコケ植物Physcomitrella（Physcomitrium patens）のような非血管植物ではあまり理解されていない。
• PhyscomitrellaにおけるTORシグナル伝達の理解は、植物生理学、発達、進化に関する洞察を提供する。

研究 の 目的:

• コケ植物Physcomitrellaの成長と発達におけるTORシグナル伝達の役割を調査すること。
• PhyscomitrellaにおけるTORシグナル伝達経路の主要な構成要素を同定し、特徴づけること。
• Physcomitrellaにおける様々な細胞プロセスに対するTORシグナル伝達阻害の影響を明らかにすること。

主な方法:

• ラパマイシンおよび特異的阻害剤AZD8055を用いたTORシグナル伝達の阻害。
• ラパマイシン感受性を評価するためのPhyscomitrella 12-kDa FK506結合タンパク質（FKBP12）の過剰発現。
• TOR複合体1（TORC1）構成要素（PpTOR、PpLST8、PpRAPTOR）の同定と特徴づけ、および条件付き変異体の作製。
• LC-MS/MSを用いたリボソームタンパク質RPS6のTOR依存性リン酸化の分析。

主要な成果:

• AZD8055によるTORシグナル伝達の阻害、またはFKBP12の過剰発現により、プロトネマの成長が著しく阻害された。
• TOR阻害は、細胞周期進行の遅延、クロロシス、光合成の低下、タンパク質含有量の変化を含む多面的な効果をもたらした。
• 主要なTORC1構成要素（PpTOR、PpLST8、PpRAPTOR）が同定され、それぞれの変異体は成長障害を示した。
• PpLST8は酵母の相同体を機能的に置換した。
• RPS6のTOR依存性リン酸化が確認され、PpTORキナーゼ活性が検証された。

結論:

• 進化的に保存されたTORキナーゼは、Physcomitrellaにおける成長、発達、葉緑体機能、タンパク質合成、細胞周期進行を正に制御する。
• TORシグナル伝達は、このモデルコケ植物における正常な発達と生理機能に不可欠である。
• PhyscomitrellaにおけるTORC1シグナル伝達統合に関するさらなる研究は、保存された植物シグナル伝達メカニズムを解明する可能性がある。