研究年次報告書

中 野 生 体 膜 研 究 室
Molecular Membrane Biology Laboratory
主 任 研 究 員 中 野 明 彦 ( 理 博 )
NAKANO, Akihiko (D. Sci.)
キーセンテンス:
1. 細 胞 内 膜 交 通 におけるタンパク 質 選 別 の 分 子 機 構 を 解 明 する
2. 細 胞 小 器 官 の 形 と 機 能 :アイデンティティとダイナミクスを 理 解 する
3. 高 等 生 物 の 発 生 ・ 分 化 ・ 形 態 形 成 と 環 境 応 答 における 膜 交 通 の 役 割 を 解 明 する
4. 新 しいイメージング 技 術 を 開 発 し, 上 記 の 問 題 に「 観 る」ことで 迫 る
キーワード:
膜 交 通 , 小 胞 輸 送 ,タンパク 質 の 選 別 輸 送 , 分 泌 ,エンドサイトーシス, 小 胞 体 ,ゴルジ 体 , 液 胞 , 細 胞
骨 格 , 植 物 の 発 生 ・ 環 境 応 答
研 究 概 要
真 核 生 物 の 細 胞 内 は, 緻 密 に 分 化 した 膜 系 ( 細 胞 小 器 官 −オルガネラ)で 満 たされ,その 多 くがダイナミッ
クな 膜 の 流 れ( 膜 交 通 )によって 結 ばれている。その 膜 交 通 を 担 うのが 小 胞 輸 送 である。 膜 交 通 は, 方 向
性 をもった 分 泌 やエンドサイトーシスによって 細 胞 極 性 の 形 成 と 維 持 に,さらには 組 織 ・ 器 官 形 成 にはた
らき,また 液 胞 の 形 成 と 維 持 を 通 じて 細 胞 内 の 恒 常 性 維 持 や 環 境 応 答 にはたらいている。 当 研 究 室 では,
膜 交 通 における 選 別 輸 送 の 分 子 機 構 を 解 明 し,さらに 多 細 胞 系 におけるさまざまな 高 次 機 能 における 膜 交
通 の 意 義 を 明 らかにすることを 目 指 している。 分 子 機 構 の 精 細 な 解 析 には, 分 子 細 胞 生 物 学 的 手 法 を 自 由
自 在 に 駆 使 できる 出 芽 酵 母 Saccharomyces cerevisiae を 主 な 実 験 材 料 とし, 多 細 胞 系 への 展 開 としては, 主
にモデル 植 物 シロイヌナズナ Arabidopsis thaliana を 用 いた 研 究 を 推 進 する。 方 法 論 としては, 遺 伝 学 , 生 化
学 , 細 胞 生 物 学 (とくにライブイメージング)のさまざまな 技 法 を 駆 使 し, 多 角 的 なアプローチによって
膜 交 通 の 分 子 機 構 とその 意 義 の 理 解 を 深 めていくことを 目 指 す。 最 近 では, 超 高 感 度 高 速 共 焦 点 顕 微 鏡 を
開 発 し,ライブイメージングによってゴルジ 体 の 中 をどのようにタンパク 質 が 輸 送 されていくかについて
の 世 界 的 な 論 争 に 決 着 をつけた。
1. 膜 交 通 経 路 における 小 胞 形 成 ・ 融 合 の 分 子 機 構 の 研 究 ( 岡 本 , 平 田 , 須 田 , 中 野 ( 明 ))
小 胞 体 で 新 たに 合 成 された 積 荷 タンパク 質 は, 小 胞 体 上 の ER exit site (ERES)と 呼 ばれる 特 異 的 な 場 所 で,
COPII 小 胞 に 積 み 込 まれる。 出 芽 酵 母 S. cerevisiae の ERES の 特 性 を 調 べるため,ERES マーカータンパク
質 の 局 在 観 察 を 詳 細 に 行 なった 結 果 , ERES は, 膜 の 曲 率 の 維 持 にはたらく Rtn1 タンパク 質 が 局 在 する 小 胞
体 膜 の 高 い 曲 率 をもった 領 域 ,とくに 鞍 形 の 膜 領 域 に 局 在 することを 明 らかにした。 小 胞 体 膜 の 高 い 曲 率
を 維 持 するタンパク 質 群 を 欠 損 した 細 胞 では, 小 胞 体 のチューブとシートの 孔 がなくなり, 肥 大 化 したシ
ートのみになる。この 細 胞 では、ERES がシートの 縁 に 集 積 した。このことから, 小 胞 体 膜 の 曲 率 が ERES
の 局 在 に 重 要 であることがわかった。また,これらの 変 異 株 について 電 子 顕 微 鏡 観 察 を 行 なったところ, 異
常 な 構 造 のゴルジ 体 が 観 察 されたことから, 小 胞 体 膜 上 の ERES の 局 在 位 置 がゴルジ 体 の 形 態 形 成 において
も 重 要 であることが 明 らかになった。
p24ファミリータンパク 質 は, 小 胞 体 ゴルジ 体 間 を 循 環 するI 型 膜 タンパク 質 であり, 積 荷 タンパク 質 の
選 別 に 機 能 すると 考 えられている。 出 芽 酵 母 には9 種 あり, 数 種 のヘテロ4 量 体 として 存 在 する。 部 位 特 異
的 変 異 解 析 により, 個 々のアイソフォームの 安 定 性 や 細 胞 内 局 在 の 維 持 に 必 要 な 残 基 を 同 定 した。
細 胞 内 において 新 規 に 合 成 されたタンパク 質 は,トランスゴルジ 網 (TGN)において 選 別 され 目 的 地 へ
と 輸 送 される。ゴルジ 体 からの 選 別 輸 送 を 担 う 分 子 装 置 の 挙 動 を 明 らかにするため,COPI 小 胞 ,クラスリ
ン 小 胞 を 形 成 する 分 子 群 の 動 態 を 可 視 化 した。 後 期 ゴルジ 体 /TGN において 槽 が 成 熟 するにしたがい, 形
成 される 小 胞 が COPI 小 胞 からクラスリン 小 胞 へと 遷 移 することを 確 認 した。 同 様 に,ゴルジ 体 の 小 胞 輸 送
において 機 能 する Rab GTPase の 動 態 を 解 析 し,その 活 性 および 挙 動 の 制 御 には,Rab GTPase 間 における 連
続 的 な 活 性 化 , 不 活 性 化 が 関 与 していることを 見 出 した。また,TGN において 機 能 するクラスリンアダプ
ター 分 子 AP-1,AP-3 のゴルジ 体 への 局 在 を 確 認 し, 両 者 は 槽 上 において 独 立 した 領 域 に 存 在 していること
研 究 年 報

を 示 唆 した。 多 色 ライブイメージングによる 詳 細 な 解 析 を 行 うため, 出 芽 酵 母 にて 新 たな 蛍 光 タンパク 質
を 発 現 させ 可 視 化 する 条 件 を 検 討 し, 最 適 化 を 行 った。
2. 膜 交 通 におけるタンパク 質 の 選 別 機 構 の 研 究 ( 黒 川 , 墨 谷 , 中 野 ( 明 ))
出 芽 酵 母 の COPII コートタンパク 質 である Sec24p,Sec13/31p,Sec16p は ERES に 共 局 在 し, 主 に 小 胞 体
膜 の 縁 に 数 10 個 のドットを 形 成 する。COPII 小 胞 の 形 成 開 始 に 必 要 な Sar1p は, 小 胞 体 膜 上 に 局 在 するが,
一 部 がこのドットに 集 積 した。 一 方 ,Sar1p のグアニンヌクレオチド 交 換 因 子 である 小 胞 体 膜 局 在 タンパク
質 Sec12p は,このドットの 領 域 にはほとんど 局 在 しなかった。さらに, 細 胞 質 に 分 散 して 存 在 している
cis-Golgi 槽 が ERES に 繰 り 返 し 接 近 し 接 触 する 現 象 を 観 察 した。この“kiss and run”の 挙 動 が 実 際 の 積 荷 の 受
け 渡 しに 関 与 している 可 能 性 について, 現 在 詳 細 に 検 証 中 である。
生 きた 酵 母 細 胞 における Rab GTPase 時 空 間 活 性 を 可 視 化 するために,Sec4p の FRET( 蛍 光 共 鳴 エネルギ
ー 移 動 )プローブを 作 成 した。このプローブを 用 いた 解 析 から,Sec4p は 成 長 する 芽 の 先 端 の 表 層 近 くで 最
も 高 い 活 性 をもつことがわかった。また, 細 胞 質 分 裂 開 始 時 には,Sec4p 活 性 はアクトミオシンリング 近 く
で 増 加 し,その 後 アクトミオシンリングが 消 失 する 直 前 に Sec4p の 活 性 がセプチンリング 付 近 に 移 動 するこ
とを 明 らかにした。また, 他 のステップではたらく Rab GTPase についても, 同 様 に FRET プローブの 設 計
と 作 製 を 試 みた。
3. 高 等 植 物 の 形 態 形 成 ・ 高 次 機 能 における 膜 交 通 の 役 割 の 研 究 ( 齊 藤 , 安 部 , 富 永 , 楢 本 , 庄 田 , 中 野
( 明 ))
高 等 植 物 の 液 胞 に 生 じるサブ 領 域 様 構 造 bulb の 生 物 学 的 意 義 や 機 能 に 迫 ることを 目 指 して 研 究 を 行 い,
以 下 のことを 明 らかにした。 逆 遺 伝 学 的 な 解 析 により,シロイヌナズナの 花 茎 の 重 力 屈 性 の 変 異 体 である
zig/atvti11 と sgr2 において bulb が 激 減 していること, 自 食 (オートファジー)の 変 異 体 である atg2 と atg5 に
おいては 半 減 していることを 定 量 的 に 明 らかにした。bulb の 出 現 頻 度 や 液 胞 の 形 態 に 異 常 が 生 じるシロイ
ヌナズナの 変 異 体 のスクリーニングを, 巨 視 的 な 形 態 からの 選 抜 と, 顕 微 鏡 観 察 で 行 った。 複 数 の 変 異 体
候 補 を 得 て,バッククロス 等 の 遺 伝 子 決 定 に 向 けての 準 備 を 進 めた。#64 変 異 体 については, 奈 良 先 端 大 学
倉 田 准 教 授 のグループと 共 同 研 究 で, 次 世 代 シーケンサーによる 原 因 遺 伝 子 の 決 定 を 試 みた。 現 在 有 力 な
候 補 遺 伝 子 について,アレリズムテストと 相 補 性 試 験 を 準 備 中 である。
高 等 植 物 の 液 胞 形 成 の 分 子 機 構 を 調 べるために, 出 芽 酵 母 の 液 胞 形 成 に 関 与 するクラス B VPS 遺 伝 子 の
シロイヌナズナホモログの 解 析 を 行 った。 酵 母 ツーハイブリッド 法 で,AtMon1 と AtCcz1A/B が 相 互 作 用 す
ることを 明 らかにした。また 生 化 学 的 解 析 を 進 めるために,AtMon1 と AtCcz1A/B 複 合 体 の 大 腸 菌 共 発 現 系
での 発 現 , 精 製 を 行 った。
植 物 細 胞 の 細 胞 内 輸 送 や 高 次 機 能 の 制 御 には,モータータンパク 質 ミオシンの 方 向 性 を 持 った 運 動 が 不
可 欠 である。 植 物 高 次 機 能 における 原 形 質 流 動 の 機 能 を 明 らかにするために, 駆 動 力 であるミオシン XI-2
の 機 能 解 析 を 進 めている。 速 度 レベルの 異 なる 高 速 型 ・ 低 速 型 キメラミオシン XI-2 を 構 築 し,シロイヌナ
ズナに 形 質 転 換 した 結 果 , 高 速 型 では 植 物 が 大 型 化 , 低 速 型 では 植 物 が 小 型 化 することを 明 らかにした。
また in vitro 解 析 の 結 果 ,ミオシン XI-2 は non-processive motor であり,tail-inhibition によるモーター 活 性 の
制 御 が 行 われていることを 明 らかにした。さらに,メンバー 間 で 運 動 ・ 酵 素 活 性 において 大 きな 違 いがあ
ることを 明 らかにした。 一 分 子 運 動 解 析 の 結 果 ,ミオシン XI-2 はバックステップの 頻 度 が 高 く, 時 に 両 足
が 揃 うような, 動 物 ミオシン V とは 異 なる 運 動 特 性 をもつことを 明 らかにした。
高 等 植 物 のゴルジ 体 は 明 瞭 な 層 板 構 造 をもち, 動 物 や 酵 母 とは 異 なる 特 徴 的 な 構 造 や 運 動 様 式 を 備 えて
いる。これまで,シロイヌナズナのゴルジ 体 をモデルとして,その 発 生 ・ 構 造 維 持 機 構 の 解 明 に 向 け 研 究
を 進 め,とくに 超 高 解 像 度 共 焦 点 レーザー 顕 微 鏡 システム(SCLIM)を 用 いたゴルジ 体 のライブイメージ
ングや,ゴルジ 体 形 態 異 常 変 異 体 の 原 因 遺 伝 子 のマッピングなどを 行 っている。 本 年 度 は,さらにゴルジ
体 の 高 次 機 能 に 果 たす 役 割 についての 解 析 を 行 い, 配 偶 体 におけるゴルジ 体 の 機 能 の 重 要 性 を 示 唆 した。
配 偶 体 で 特 異 的 に 発 現 するゴルジ 体 マーカーラインを 作 製 することにより, 生 きた 配 偶 体 の 細 胞 内 でゴル
ジ 体 の 挙 動 を 捉 えることに 成 功 した。
膜 交 通 は 細 胞 の 極 性 形 成 に 重 要 な 役 割 を 果 たすことが 知 られているが, 植 物 細 胞 においては 極 性 形 成 の
分 子 機 構 自 体 に 不 明 な 点 が 多 い。これまでに,オーキシン 排 出 担 体 である PIN (PIN-FORMED) タンパク 質
が, 植 物 細 胞 において 極 性 を 持 って 局 在 すること,そして ARF-GEF である GNOM 依 存 的 に 極 性 をもって
細 胞 膜 へリサイクルされることが 知 られている。GNOM と PIN に 注 目 して, 詳 細 な 細 胞 生 物 学 的 解 析 を
平 成 23 年 度

行 った 結 果 ,GNOM はこれまで 推 定 されていたリサイクリングエンドソームではなく,ゴルジ 体 に 局 在 す
ること,および TGN の 形 態 , 機 能 維 持 に 関 わることを 明 らかにした。また,PIN は 細 胞 膜 上 でドット 状 の
ドメイン 構 造 を 形 成 し,そのドメインは 繊 維 状 に 並 んで 局 在 することを 見 出 した。
4. 高 等 動 物 の 分 化 過 程 における 小 胞 体 の 動 態 と 小 胞 体 ストレスシグナルが 果 たす 役 割 の 研 究 ( 森 島 , 中
西 , 中 野 ( 明 ))
哺 乳 類 の 骨 格 筋 分 化 過 程 において 筋 芽 細 胞 内 の 小 胞 体 でストレス 応 答 が 起 こる。 筋 芽 細 胞 の 小 胞 体 機 能
に 障 害 を 与 える 薬 剤 によっても 同 様 の 応 答 が 起 こる。これらの 応 答 と 小 胞 体 膜 構 造 の 変 化 や 小 胞 体 −ゴルジ
体 間 輸 送 との 関 連 を 探 った 結 果 , 小 胞 体 ストレス 応 答 の 過 程 で 一 過 的 に 生 じる 小 胞 体 由 来 の 膜 構 造 体 を 検
出 し,その 構 造 体 に 小 胞 体 −ゴルジ 体 間 輸 送 に 関 わる 分 子 が 特 異 的 に 集 積 していることを 見 出 した。これら
の 分 子 の 少 なくともいくつかは 膜 構 造 体 の 形 成 にとって 重 要 であり,その 遺 伝 子 ノックダウンによって 構
造 体 形 成 が 阻 害 されることがわかった。
5. 植 物 ステロイドホルモン・ブラシノステロイド 情 報 伝 達 および 生 合 成 の 分 子 機 構 の 解 明 ( 中 野 ( 雄 ) ,
嶋 田 , 山 上 , 藤 岡 , 中 野 ( 明 ))
ステロイドホルモンは, 動 物 における 男 性 ・ 女 性 ホルモンから, 植 物 におけるブラシノステロイド(BR)
まで, 生 物 種 を 越 えて 進 化 的 に 広 く 保 存 され, 生 物 種 間 に 普 遍 的 な 生 理 活 性 と 各 生 物 種 独 自 の 特 異 的 な 生
理 活 性 を 併 せもつ 特 徴 的 な 化 合 物 である。この BR 細 胞 内 情 報 伝 達 機 構 や 生 合 成 経 路 の 解 明 を 目 的 として 研
究 を 進 めている。これまで 化 学 遺 伝 学 的 手 法 によって,シロイヌナズナの 突 然 変 異 体 bil (Brz-insensitive-long
hypocotyl) の 探 索 を 行 い,その 原 因 遺 伝 子 として 10 数 種 類 の 新 しい 遺 伝 子 を 同 定 し, 研 究 を 進 めてきた。
本 年 度 は, 細 胞 内 分 子 動 態 の 観 察 などによって, 新 規 な7 回 膜 貫 通 型 タンパク 質 BIL4 と BR 受 容 体 BRI1,
新 規 タンパク 質 複 合 体 形 成 因 子 BSS1 が 転 写 因 子 BIL1 と 各 々 相 互 作 用 することなどを 明 らかにした。
また,BR の 生 合 成 ・ 代 謝 やその 調 節 機 構 の 解 明 を 目 指 して 国 内 外 のグループとの 共 同 研 究 を 広 く 展 開 し,
BR の 生 合 成 調 節 に 関 わる 因 子 の 解 明 を 行 った。BR 生 合 成 調 節 との 関 連 が 示 唆 された 変 異 体 について 解 析
を 進 めた 結 果 ,BR 生 合 成 を 正 に 制 御 する 塩 基 性 HLH 型 転 写 因 子 (TCP1, CESTA 等 ) を 明 らかにした。
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Key Sentence :
1. Elucidation of molecular mechanisms of protein sorting and transport in membrane traffic
2. Understanding organelle structure and function: identities and dynamics
3. Roles of membrane traffic in development, differentiation, morphogenesis, and responses to the environment of
higher plants
4. Development of new imaging methodology and its application to the above problems
Key Word :
membrane traffic, vesicular transport, protein sorting and transport, secretion, endocytosis, endoplasmic reticulum,
Golgi apparatus, vacuole, cytoskeleton, plant development and responses to the environment
Outline
The main research theme of our laboratory is to understand mechanisms, dynamics and roles of membrane trafficking
in eukaryotic cells. We are aiming at elucidating the molecular mechanisms of vesicle budding and fusion along the
secretory, vacuolar and endocytic pathways and are trying to unveil the secrets of molecular recognition and sorting
during these processes. We are also interested in the roles of membrane traffic that are important for determination
of cell polarity, directions of cell division and elongation, and are pursuing how they contribute to morphogenesis of
tissues and organs and to other higher-order physiological functions of multicellular organisms. As experimental
systems, we use the budding yeast Saccharomyces cerevisiae for detailed molecular and imaging analyses, and the
model plant Arabidopsis thaliana for extension to multicellular systems. Every kind of methodology, including
genetics, biochemistry and cell biology (live imaging in particular), is being employed. We have recently developed a
superresolution microscope for live imaging, observed compartmental maturation in the Golgi apparatus, and thus
settled a world-wide debate on how proteins are transported in this organelle.
研 究 年 報

1. Molecular mechanisms of vesicle formation and fusion in the secretory pathway (Okamoto, Kurokawa, Hirata,
Suda, A. Nakano)
Newly synthesized cargo proteins in the endoplasmic reticulum (ER) are packaged into COPII vesicles at
the specific area, called ER exit site (ERES). To characterize the ERES of S. cerevisiae, we observed the dynamics of
ERES marker proteins and Golgi marker proteins and found that ERES localize on high-curvature ER domains where
curvature-stabilizing protein Rtn1 is present. We also examined ERES localization in relation to the surface geometry
of the ER membrane. ERES preferentially faced the saddle-shape surfaces of the high-curvature ER membrane.
Mutant cells that lacked curvature-stabilizing proteins had fewer high-curvature ER domains, but ERES accumulated
at the remaining high-curvature ER domains on the edge of expanded ER sheets, suggesting that membrane curvature
is a key geometric feature for the regulation of ERES localization. Electron microscopic observation showed that
these mutants cells had abnormal-shaped Golgi apparatus, suggesting that the distribution of the ERES is also
important for the organization of the Golgi apparatus.
p24 family proteins are type-I membrane proteins that cycle between the ER and the Golgi apparatus and
are thought to be involved in cargo protein sorting into transport vesicles. Yeast has nine p24 isoforms, which are
assembled into heterotetrameric complexes in several different combinations. By site-directed mutagenesis, we
identified residues that are required for stability and proper localization of p24 isoforms.
Newly synthesized proteins are sorted at the trans-Golgi network (TGN) and selectively transported to
their destination. To investigate the sorting machinery (of secretory vesicles) at the Golgi apparatus, we visualized the
dynamics of the COPI and clathrin components. As Golgi cisternae mature, vesicles generated from the cisterna
gradually shifted from COPI coated vesicles to clathrin coated vesicles. Similarly, we analyzed the dynamics of Rab
GTPases, which functions in vesicular traffic within the Golgi apparatus, and revealed that their activities and
dynamics were regulated by the sequential activation and inactivation between the Rab GTPases. We also examined
the localization of AP-1 and AP-3, the clathrin adaptors that function at the TGN, and confirmed that they localized at
distinct sites in the cisterna. We optimized the condition to express and observe new fluorescent protein in S.
cerevisiae cells for multicolor live imaging.
2. Mechanisms of protein sorting during membrane trafficking (Kurokawa, Sumiya, A. Nakano)
We focused on the localization of COPII coat proteins: Sec24p, Sec13/31p and Sec16p. These proteins
colocalized and exhibited tens of dots around the edge of ER, which constitute ERES. Sar1p, which regulates the
COPII vesicle formation, was distributed on the ER and at these dots. However, Sec12p, a specific guanine nucleatide
exchange factor for Sar1p, did not localize at these dots. Furthermore, cis-Golgi cisternae appeared to show repeated
approach and contact to the ERES. We are now trying to test whether this “kiss and run” motion has a role in delivery
of cargo.
To visualize the spatio-temporal activities of Rab GTPases in living yeast cells, we developed a FRET
(fluorescence resonance energy transfer)-based probe for Sec4p. Using this probe, we found that Sec4p had the
highest activity adjacent to the cortex of the growing bud tip. During the cytokinesis, Sec4p activity increased in the
plane of the actomyosin ring and subsequently moved to the side of the septin ring at just before the actomyosin ring
disappeared. We also attempted to design and construct FRET probes for other Rab GTPases.
3. Roles of membrane traffic in physiology and development of higher plants(Saito, Abe, Tominaga, Shoda, A.
Nakano)
We aimed at elucidating the biological significance and function of “bulbs,” which is a subregion in
continuity to the vacuolar membrane in plant cells. By the reverse genetic approach, we found that the frequency of
bulbs was decreased in the zig/atvti11, sgr2, atg2, and atg5 mutants of A. thaliana, and confirmed by the quantitative
analysis. We carried out forward genetic approach to obtain the mutants that have defects in the shape of bulb/vacuole
or frequency of the appearance of bulbs. We obtained several candidates. Backcross and crossing with other ecotype
background were carried out, preparing for the identification of the responsible gene by mapping. In collaboration
with Dr. Kurata at NAIST, we tried SNP analysis by a next-generation sequencer to identify the responsible gene of
the #64 mutant. We are now focusing on a few candidate genes, and allelism and complementation tests are now
ongoing.
To investigate molecular mechanisms of vacuolar biogenesis in higher plants, we analyzed the Arabidopsis
homologue of yeast class B VPS genes, which plays roles in yeast vacuolar morphogenesis. We revealed molecular
interactions between AtMon1 and AtCcz1A/B by yeast two-hybrid analysis. To further investigate biochemical
properties of AtMon1 and AtCcz1A/B, we tried to purify them as a complex by E. coli co-expression system.
平 成 23 年 度

In order to reveal the roles of cytoplasmic streaming on plant higher functions, myosin XI-2, the major
motive force of cytoplasmic streaming was analyzed. High- and low-speed type chimeric myosin XI-2s were
constructed and expressed in Arabidopsis. Arabidopsis plants expressing high-speed myosin XI-2 developed larger,
whereas those expressing low-speed myosin XI-2 were smaller. In vitro assays revealed that myosin XI-2 is a
non-processive motor whose motor activity is regulated by the globular tail domain. Wide range differences in motile
and enzymatic activities among myosin members were also determined. Single molecule analysis revealed that
myosin XI-2 has unique motile properties (frequent back steps and smaller steps).
The plant Golgi apparatus has a beautiful structure and unique features in its distribution and motility. We
have been investigating how the Golgi structure and distribution are established and maintained by using Arabidopsis.
To understand these mechanisms, we have performed live imaging of the Golgi generation and dynamics by using the
Super-resolution Confocal Live Imaging Microscopy (SCLIM) and mapping of the genes responsible for abnormal
Golgi morphology. In addition, we studied the contribution of Golgi functions to higher-order functions in
multicellular organisms. Our results suggest that Golgi functions play crucial roles in the gametophytic cells. We
succeeded in live imaging of the Golgi dynamics in gametophytic cells that expressed Golgi markers by
gametophyte-specific promoter.
Membrane traffic plays crucial roles in establishing cell polarity, but the molecular mechanism of cell
polarization is still poorly elucidated in plants. Plasma membrane (PM) proteins of the auxin efflux carrier
PIN-FORMED (PIN) family proteins polarly localize at PMs in plant cells and undergo GNOM ARF-GEF dependent
endocytic recycling. To understand the mechanism of polarity establishment in plants, we performed live imaging of
GNOM and PIN proteins. We showed unexpected GNOM localization at the Golgi apparatus and abnormal TGN
structures in gnom mutants. We also found that PIN2 formed dot-like microdomains that stand in lines at PMs.
4. Control of cell differentiation by the endoplasmic reticulum (Morishima, Nakanishi, A. Nakano)
Differentiation of skeletal muscle elicits ER stress-specific signaling, which is similar to that found in cells
treated with ER stressors. We observed that bubble-like structures transiently appeared around the body of the ER
under ER stress in differentiating myoblast or in myoblast cells treated with ER stressors. The bubble-like structures
contained proteins that are involved in ER-to-Golgi transport. Gene knockdown experiments suggested that some, if
not all, of these proteins are important for the membrane deformation.
5. Molecular mechanism of plant brassinosteroid signaling (T. Nakano, Shimada, Yamagami, Fujioka, A. Nakano)
Steroid hormones are unique in that they are evolutionally conserved from sex hormones in mammals to
brassinosteroid in plants. Using the specific inhibitor of brassinosteroid (BR) biosynthesis, Brz220, several new
mutants of bil (Brz-insensitive-long hypocotyl) series were isolated. These bil mutants were thought to be defective in
BR signal transduction, because they showed typical BR excessive symptoms as pale green, epinastic leaves,
increased number of blanch of inflorescence, acceleration of leaf formation speed and inhibition of vascular tissues
stems. Novel brassinosteroid signaling factor BIL4 interacting with brassinosteroid receptor BRI1 and one more novel
factor BSS1 interacting with transcription factor BIL1 were identified. These results show BIL genes have important
roles on plant development.
Through the analysis of BR-related mutants such as tcp1-1D and ces-D, we identified TCP1 and CESTA as
basic helix-loop-helix transcription factors that positively regulate BR biosynthesis (collaboration with Dr. Li, Dr.
Poppenberger, etc).
研 究 年 報

Principal Investigator
中 野 明 彦 Akihiko Nakano
Research Staff
藤 岡 昭 三 Shozo Fujioka
森 島 信 裕 Nobuhiro Morishima
中 野 雄 司 Takeshi Nakano
齊 藤 知 恵 子 Chieko Saito
黒 川 量 雄 Kazuo Kurokawa
安 部 弘 Hiroshi Abe
平 田 龍 吾 Ryogo Hirata
富 永 基 樹 Motoki Tominaga
中 西 慶 子 Keiko Nakanishi
楢 本 悟 史 Satoshi Naramoto
須 田 恭 之 Yasuyuki Suda
岡 本 美 智 代 Michiyo Okamoto
墨 谷 暢 子 Nobuko Sumiya
嶋 田 勢 津 子 Setsuko Shimada
山 上 あゆみ Ayumi Yamagami
庄 田 恵 子 Keiko Shoda
古 山 えり 子 Eriko Furuyama
木 内 玲 子 Reiko Kiuchi
梶 山 理 恵 Rie Kajiyama
杉 澤 由 姫 子 Yukiko Sugisawa
ベフオチル ダワープレブ
Bekh-Ochir Davaapurev
泉 みさき Misaki Izumi
中 田 元 基
Visiting Members
岩 脇 隆 夫
上 田 貴 志
佐 藤 健
佐 藤 健
植 村 知 博
竹 内 雅 宜
関 亦 明 子
市 原 昭
落 合 利 博
竹 内 信 司
宮 城 島 進 也
浅 見 忠 男
北 畑 信 隆
伊 藤 瑛 海
安 藤 卓 也
上 林 綾 加
棚 橋 沙 由 理
Genki Nakata
Takao Iwawaki
Takashi Ueda
Ken Sato
Ken Sato
Tomohiro Uemura
Masaki Takeuchi
Akiko Sekimata
Akira Ichihara
Toshihiro Ochiai
Shinji Takeuchi
Shinya Miyagishima
Tadao Asami
Nobutaka Kitahata
Emi Ito
Takuya Ando
Ayaka Uebayashi
Sayuri Tanabashi
Assistant and Part-timer
深 谷 香 織 Kaori Fukaya
松 木 絵 梨 奈 Erina Matsugi
市 川 保 恵 Yasue Ichikawa
栗 田 朋 和 Tomokazu Kurita
田 代 真 沙 美 Masami Tashiro
鈴 木 祐 子 Yuko Suzuki
松 村 純 子 Junko Matsumura
宮 地 朋 子 Tomoko Miyaji
佐 伯 和 代 Kazuyo Saeki
吉 澤 江 里 子 Eriko Yoshizawa