植物中間フィラメントモチーフタンパク質の細胞内局在性と微小管の細胞周期に依存したダイナミクス

Cell cycle-dependent dynamics of a plant intermediate filament motif protein with intracellular localization related to microtubules.

• Hikaru Utsunomiya
• Masayuki Fujita
• Fumio Naito
• Tsuyoshi Kaneta

抄録

中間フィラメント（IF）は植物細胞内に存在することが生化学的・免疫学的に示唆されているが、その構造を形成するタンパク質に関する分子遺伝学的研究は少ない。本研究では、シロイヌナズナAT3G05270を植物細胞内のIFを構成するタンパク質の候補遺伝子として選定した。AT3G05270がコードするタンパク質は、IFの構造を維持するために不可欠なIFタンパク質のモチーフと同様に、大きなαヘリックスを有していた。さらに、このタンパク質とGFPを融合させた蛍光シグナルは、植物細胞内で細胞骨格様の糸状構造を示していた。このことから、AT3G05270でコードされるタンパク質を中間フィラメントモチーフタンパク質1（IFMoP1）と命名した。IFMoP1-GFPを発現させたタバコBY-2細胞を用いて、DNA合成阻害剤であるアフィジコリンと微小管破壊剤であるプロピザミドを用いて細胞周期を同期させ、IFMoP1を構成する構造とその局在を調べた。IFMoP1-GFPシグナルは、有糸分裂期の紡錘体とフレイムプラストに存在していた。また、IFMoP1-GFPからなる細胞骨格様フィラメント構造を有する細胞の頻度は、細胞分裂を完了した細胞の増加に伴い増加し、数時間後に減少した。IFMoP1と微小管との細胞内局在性の関係では、IFMoP1からなる糸状構造体は間期において微小管とは無関係に存在していた。生細胞では、これらの糸状構造は核と一緒に移動していた。IFMoP1は、有糸分裂期には紡錘体や葉緑体の微小管と共局在し、間期には皮質微小管の一部と共局在していた。

Although intermediate filaments (IFs) are biochemically and immunologically suggested to exist in plant cells, there are few molecular genetic studies related to the proteins that form these structures. In this study, Arabidopsis AT3G05270 was selected as a candidate gene for a protein constituting IF in plant cells. The protein encoded by AT3G05270 has a large α-helix as well as the IF protein motif indispensable for maintaining the structures of IF. Moreover, fluorescence signals of this protein fused with GFP exhibited cytoskeleton-like filamentous structures in plant cells. Thus, we named the protein encoded by AT3G05270 as Intermediate Filament Motif Protein 1 (IFMoP1). The structures composed of IFMoP1 and their localizations were examined in IFMoP1-GFP-expressing tobacco BY-2 cells whose cell cycle was synchronized using aphidicolin, a DNA synthesis inhibitor, and propyzamide, a microtubule-disrupting agent. The IFMoP1-GFP signals were present at the spindles and phragmoplasts in the mitotic phase. In addition, the frequency of cells with cytoskeleton-like filamentous structures composed of IFMoP1-GFP increased with the increase in cells that completed cell division, and then decreased after several hours. In terms of the relationship in intracellular localization between IFMoP1 and microtubules, the filamentous structures composed of IFMoP1 were present independently of microtubules during interphase. In living cells, these filamentous structures moved along with the nucleus. IFMoP1 co-localized with spindle and phragmoplast microtubules during mitosis, as well as with a part of the cortical microtubules in interphase.