Brefeldin Aは、Chara節内細胞のクラスリン依存性エンドサイトーシスとイオン輸送を阻害することが明らかになった

Brefeldin A inhibits clathrin-dependent endocytosis and ion transport in Chara internodal cells.

• Ilse Foissner
• Margit Hoeftberger
• Marion C Hoepflinger
• Aniela Sommer
• Alexander A Bulychev

抄録

背景:

イワナ科は多細胞緑藻類であり、高等植物と密接に関連している。その節間細胞は、膜輸送とオルガネラの相互作用を研究するのに便利なモデルです。

BACKGROUND: The Characeae are multicellular green algae, which are closely related to higher plants. Their internodal cells are a convenient model to study membrane transport and organelle interactions.

結果:

本研究では、小胞輸送の阻害剤であるブレフェジンAの、Chara australisの体腔内細胞に対する効果について報告する。ブレフェルドインAは、6〜500μMの間の濃度で、30〜120分の処理で、"ブレフェルドインコンパートメント"にゴルジ体とトランスゴルジネットワークの一般的に観察される凝集を誘導した。しかし、他のほとんどの細胞とは対照的に、ブレフェルドインAはエンドサイトーシスを阻害し、細胞質膜でのクラスリンコートされたピットとクラスリンコートされた小胞の数を有意に減少させた。ブレフェルドインAは、穿刺や局所光損傷による創傷部の小器官の分泌を抑制することはなかったが、細胞膜のリサイクルが不十分なためか、細胞質の創傷壁の形成を抑制した。また、ブレフェルドインAは、光合成に必要な炭素の取り込みを促進する細胞表面のアルカリ領域と酸性領域（pHバンディングパターン）の形成を阻害することがわかった。数日間の長期処理では、ブレフェルジンAは複雑な3次元プラズマ膜（チャラソーム）の形成を遅らせた。興味深いことに、ブレフェルドインAはクラスリン依存性のチャラソーム分解には検出可能な効果を示さなかった。タンパク質配列解析の結果、チャラ間細胞におけるブレフェルドインAの特異的な効果は、ADPリボシル化因子タンパク質の活性化を介した膜コートのリクルートに必要なグアニンヌクレオチド交換因子GNOMの突然変異によるものであることが示唆された。

RESULTS: In this study we report on the effect of brefeldin A, an inhibitor of vesicle trafficking, on internodal cells of Chara australis. Brefeldin A induced the commonly observed agglomeration of Golgi bodies and trans Golgi network into "brefeldin compartments" at concentrations between 6 and 500 μM and within 30-120 min treatment. In contrast to most other cells, however, brefeldin A inhibited endocytosis and significantly decreased the number of clathrincoated pits and clathrincoated vesicles at the plasma membrane. Brefeldin A did not inhibit secretion of organelles at wounds induced by puncturing or local light damage but prevented the formation of cellulosic wound walls probably because of insufficient membrane recycling. We also found that brefeldin A inhibited the formation of alkaline and acid regions along the cell surface ("pH banding pattern") which facilitates carbon uptake required for photosynthesis; we hypothesize that this is due to insufficient recycling of ion transporters. During long-term treatments over several days, brefeldin A delayed the formation of complex 3D plasma membranes (charasomes). Interestingly, brefeldin A had no detectable effect on clathrin-dependent charasome degradation. Protein sequence analysis suggests that the peculiar effects of brefeldin A in Chara internodal cells are due to a mutation in the guanine nucleotide exchange factor GNOM required for recruitment of membrane coats via activation of ADP-ribosylation factor proteins.

結論と意義:

本研究では、Chara australisの様々なプロセスにおけるブレフェルドインAの効果について概説した。その結果、高等植物細胞と藻類細胞の間の小胞輸送における類似性と明確な違いが明らかになった。それは、チャラの節間細胞は、一見遠い代謝経路間の相互作用を研究するための有望なモデルであることを示しています。この記事は著作権で保護されています。すべての権利を保有しています。

CONCLUSIONS AND SIGNIFICANCE: This work provides an overview on the effects of brefeldin A on different processes in Chara australis. It revealed similarities but also distinct differences in vesicle trafficking between higher plant and algal cells. It shows that characean internodal cells are a promising model to study interactions between seemingly distant metabolic pathways. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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