論文）SHORT-ROOTタンパク質の細胞間移動

The movement of the non-cell-autonomous transcription factor, SHORT-ROOT relies on the endomembrane system
Wu & Gallagher  The Plant Journal (2014) 80:396-409.
DOI: 10.1111/tpj.12640

植物細胞は転写因子を細胞から細胞へと移動させることで細胞間の位置や成長に関する情報のやり取りをしていることが知られている。GRASファミリー転写因子のSHORT-ROOT（SHR）は、根の中心柱細胞から内皮に移動して転写因子SCARECROWを活性化する。この移動はプラズモデスマータ（PD）を通してなされ、SHR INTERACTING EMBRYONIC LETHAL（SIEL）タンパク質との相互作用が移動を促進していることが知られているが、詳細は明らかとなっていない。米国 ペンシルバニア大学のGallagher らは、SHR-GFP融合タンパク質をCAPRICE （CPC ）プロモーター制御下で発現させたシロイヌナズナの根では、GFP蛍光が本来のCPC 発現部位である中心柱と表皮非根毛細胞に加えて、内皮、皮層、表皮根毛細胞においても見られることを見出した。SHR-GFPは内皮の核に局在していたので、SHR-GFPは表皮非根毛細胞から皮層や根毛細胞へ移動したと考えられる。したがって、SHRの移動は中心柱に限定したものではないことが示唆される。SHRタンパク質のLHR2ドメイン内のLNELDVモチーフを欠いた融合タンパク質（SHRΔLNELDV-GFP）をCPC プロモーター制御下で発現させると、GFP蛍光は中心柱と表皮非根毛細胞に限定され、細胞間の移動が見られなくなった。さらに、SHRΔLNELDV-GFPタンパク質は核局在量が減少した。この結果は、中心柱と表皮におけるSHR-GFPタンパク質の細胞内局在と細胞間移動は類似した機構が制御していること示唆している。表皮根毛細胞ではSHR-GFPタンパク質は主に核に局在していたが、非根毛細胞では核と細胞質の両方に局在していた。非根毛細胞の細胞質でのSHR-GFPタンパク質の分布は不均一で、核から細胞膜へとひも状もしくは斑点状に分布していた。SHRΔLNELDV-GFPタンパク質ではこのような斑点状の分布は見らず、タグを付けていないGFPタンパク質の分布と類似していた。よって、SHRタンパク質の細胞間移動は細胞質での局在と関連していることが示唆される。光褪色後蛍光回復法（FRAP）による解析から、中心柱や表皮細胞の細胞質で不均一に分布するSHR-GFPタンパク質は自由な拡散が制限されていることが判った。SHR-GFPを発現するプロトプラストを脂溶性色素のFM4-64で染色したところ、GFP蛍光との重複が見られた。よって、SHRはエンドソームに局在することが示唆される。このことをさらに検証するために、mCherryを付加した各種エンドソームマーカーとGFP蛍光の局在を比較したところ、後期エンドソームマーカーおよび初期エンドソームマーカーと高い重複性が見られ、リサイクリングエンドソームマーカーやポストゴルジエンドソームマーカーとの重複も見られた。しかし、ゴルジマーカーとは殆ど重複していなかった。これらの結果から、SHRの移動にはエンドソームが関与しており、特に初期エンドソームと後期エンドソームの関与が大きいものと思われる。このようなSHR-GFPとエンドソームマーカーとの局在重複は根組織の細胞においても見られた。SHR-GFPとエンドソームの経時的な挙動は一致しており、両者の局在重複は一過的なものではないと考えられる。シロイヌナズナの根においてエンドソーム形成に阻害効果を示すウォルトマンニン（Wort）、コンカナマイシンA（ConcA）、ブレフェルジンA（BFA）を用いた実験から、初期エンドソームと後期エンドソームがSHRの細胞間移動に関与しており、リサイクリングエンドソームは関与していないことがわかった。SIELが機能喪失したsiel3 変異体芽生え由来のプロトプラストではSHRとエンドソームとの相互作用が低下していた。以上の結果から、SHRの細胞間移動にはエンドソームが関与していると考えられる。