The role of the RIP family of Rho effectors in the regulation of cell division orientation in Arabidopsis thaliana leaves

概要

植物では細胞が移動しないので、細胞分裂方向の調節が形態形成のために重要である。植物の細胞極性や細胞分裂面の決定には細胞骨格の微小管が重要な機能を果たしている。分裂前期の直前に、細胞表層で表層微小管が集合し、前期前微小管束（Preprophase band, PPB）となる。PPBに付随するタンパク質が将来の細胞分裂面の位置情報となっていると考えられており、PPBが出来た位置に将来の新しい細胞板が融合する。低分子量Gタンパク質が植物の細胞分裂方向の制御に関していることが示唆されているが、詳細なメカニズムがまだ不明である。低分子量Gタンパク質により調節されるタンパク質としてRIPファミリータンパク質があるが、RIPの機能は十分にはわかっていない。本研究では、植物の低分子量Gタンパク質特有のエフェクターであるRIPファミリーの機能解析により、シロイヌナズナの葉の細胞分裂方向の制御にRIPが機能していることが明らかにした。

RIPファミリーには５つの遺伝子が保存されており、RIP１とRIP３は微小管関連タンパク質であることも知られている。本研究では、GFP融合形質転換体の観察により5つのRIPが全て表層微小管と共局在するタンパク質であることが分かった。また、RIP１、RIP３とRIP４が細胞分裂期のPPB、紡錘体とフラグモプラスト微小管と局在しているのに対し、RIP２とRIP５は分裂期の微小管とは共局在しなかった。細胞分裂期の微小管と共局在するRIP1, RIP3,RIP4を破壊したrip134 ３重変異体には明らかな表現型はなかったが、rip1235とrip1245の４重機能欠損体とrip12345の５重機能欠損体は葉の横幅が野生型より細く、細胞の数が著しく減少した。細胞数の減少が細胞分裂の方向に起因するのかどうかを調べるため、rip12345変異体に微小管を可視化できる蛍光マーカー遺伝子を導入し、細胞分裂の観察を行った。rip12345変異体では、葉の長軸方向に並行に近い方向にPPBができる細胞分裂の減少によるものであり、葉の横断線上の表皮細胞数が減少していた。葉の相同器官である花弁もrip12345変異体では横方向の細胞の数の減少により細くなっていた。また、RIPの分子機能を知るため微小管動態を調べたところ、rip12345変異体での微小管の伸長速度が速くなっていることがわかった。また、RIP１とRIP４を過剰発現すると微小管が断片化した。これらのことは、RIPが微小管動態を制御することを通じて細胞分裂方向を制御していることを示している。