研究成果の紹介
死滅した幹細胞を再生する植物独自のしくみを発見
死滅した幹細胞を再生する植物独自のしくみを発見
【概要】
奈良先端科学技術大学院大学（学長：塩﨑 一裕）先端科学技術研究科バイオサイエンス領域 梅田 正明 教授、高橋 直紀 助教（現・明治大学 准教授）らの研究グループは、根の幹細胞が細胞死を起こした際に、植物ホルモンの一つであるブラシノステロイドが隣接細胞の分裂を活性化することで幹細胞を再生させることを明らかにしました。この研究成果は、英国の学術雑誌「Journal of Experimental Botany」に掲載されました。
植物は動物と異なり、一生器官形成を繰り返し、成長を続けます。そのため、胚発生後も多能性をもった幹細胞を組織内で維持し続けます。シロイヌナズナの根では、さまざまな細胞を生み出す幹細胞集団が静止中心（quiescent center, QC）と呼ばれる細胞を取り囲むように存在しています（図1）。QC細胞は隣接する細胞の幹細胞性を維持するのに重要な役割をもっています。また、QC細胞はごく低頻度にしか分裂しませんが、DNAが損傷を受けて幹細胞が死滅するとQC細胞の分裂活性が上がり、その娘細胞が幹細胞として機能することで幹細胞を再生することが知られています。これは、QC細胞が幹細胞を生み出す一種のリザーバーとして働き、植物の器官形成の永続性を支えていることを意味しています。しかし、幹細胞が死滅した際にQC細胞が分裂を活性化させるメカニズムについては、これまでよくわかっていませんでした。
研究グループは、植物ホルモンのブラシノステロイドの受容体の一つであるBRASSINOSTEROID INSENSITIVE1-LIKE3（BRL3）が、DNA損傷に応答したQC細胞の分裂活性化に重要な役割を果たしていることを見出しました。BRL3遺伝子は通常の生育条件下ではほとんど発現していませんが、DNA損傷を受けるとDNA損傷応答のマスター転写因子であるSOG1により発現が誘導され、QC細胞や死滅した幹細胞の周辺細胞でタンパク質が蓄積してくることが明らかになりました（図1）。また、BRL3を欠損したシロイヌナズナではDNA損傷に応答したQC細胞の分裂活性化が起きないことや、BRL3をQC細胞で蓄積させるだけでQC細胞の分裂が活性化することも見出しました。さらに、BRL3が細胞分裂の活性化に働く転写因子ERF115の発現誘導に関与することも明らかとなりました。これらの結果から、DNA損傷に応答して発現誘導されるBRL3がブラシノステロイドシグナルを活性化させ、それによりERF115の発現誘導とQC細胞の分裂活性化が起こることが示されました（図2）。これは、幹細胞の再生においてブラシノステロイドが中心的な役割をもつことを示す成果であり、植物の器官形成の永続性を理解する上で重要な知見と言えます。
【用語解説】
＜幹細胞＞
自己複製能をもつ未分化な細胞で、幹細胞が分化してさまざまな細胞種を作り出すことで、さまざまな器官（植物では葉や根、花など）が形成される。
＜DNA損傷＞
通常の成長過程の中でもDNA複製の過程でDNA損傷は絶えず起きているが、動くことができない植物は、紫外線や土壌中のアルミニウム、病原菌感染などの外的要因によっても絶えずDNA損傷を受けている。
＜ブラシノステロイド＞
植物ホルモンの一種で、細胞伸長や細胞分裂の制御、子葉の開化、胚軸の伸長、維管束の分化など、さまざまな生理現象に関与している。
【論文情報】
＜雑誌名＞
Journal of Experimental Botany
＜タイトル＞
DNA double-strand breaks enhance brassinosteroid signaling to activate quiescent center cell division in Arabidopsis
＜著者＞
Naoki Takahashi, Kazuki Suita, Toshiya Koike, Nobuo Ogita, Ye Zhang, Masaaki Umeda
＜DOI＞
10.1093/jxb/erad424
【植物成長制御研究室】
研究室紹介ページ ： https://bsw3.naist.jp/courses/courses105.html
研究室ホームページ ： https://bsw3.naist.jp/umeda/
（2023年11月20日掲載）
