サリチル酸受容体の発見

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728 化学と生物 Vol. 51, No. 11, 2013

NPR1 と同パラログによる植物免疫応答機構

サリチル酸（SA : salicylic acid）は，発芽，呼吸，低温応答や老化などの多様な生理作用を制御する植物ホルモンの一種であり，特に免疫応答において中心的な役割を担っている．現在までに，9種類の低分子化合物が植物ホルモンとして知られており，そのうちストリゴラクトンを除く8種類の植物ホルモン受容体はすでに同定され，その制御機構が明らかになりつつある．本稿では，

昨年デューク大学のDongらにより同定されたSA受容体の分子機能を解説し，SAシグナル伝達系の全体像について議論したい．

これまで，SAによる植物免疫系の活性化は，転写補助因子である NPR1 （nonexpressor of pathogenesis-re- lated genes 1）を中心として説明されてきた．NPR1は SA依存的な遺伝子発現の99%以上を直接制御すること，またNPR1突然変異体は，寄生菌に対する病害抵抗性を完全に失うことより，同因子はSAシグナルにおける鍵制御因子であることが明らかになっている^（1, 2）． NPR1遺伝子は恒常的に発現しており，SA認識時にも特に顕著な発現誘導が認められるわけではない．このことは，NPR1の活性制御が遺伝子発現レベルではなく，

タンパク質翻訳後レベルで生じることを示唆するものであり，実際，NPR1は細胞質と核内において異なるタンパク質翻訳後修飾により活性調節を受ける．

まず，細胞質ではSA蓄積に伴い細胞内酸化還元（レドックス）状態が変動し，NPR1は -ニトロソ化と呼ばれる酸化修飾を受けオリゴマー化する^（3）．本オリゴマーは，ジスルフィド結合を介した4量体分子であると推定されている．SAにより誘導される細胞内レドックス状態は，後にチオレドキシンの活性化により還元状態へと向かい，NPR1オリゴマーから大量のモノマーを遊離させる．SA依存的な免疫応答では，このオリゴマー／モノマー交換反応はレドックス変動に伴い繰り返し生じるが，なぜNPR1は細胞質で不活性型オリゴマーとして蓄積したうえでモノマー化に至る必要があるのか．Spoel らは，NPR1は健常葉において恒常的に核内へ移行し，

プロテアソームにより速やかに分解されることを見いだした^（4）．つまり，NPR1のオリゴマー化は，自身の分解を一時的に回避し，タンパク質レベルを飛躍的に上昇さ

せるためであると解釈できる．Dongらは，オリゴマー形成に関与するアミノ酸残基に変異を導入すると，植物個体におけるNPR1の蓄積が著しく抑制され，SA低感受性を示すことを報告している^（5）．

SA依存的に核内に流入したNPR1は，TGA転写因子と相互作用することにより標的遺伝子群の発現誘導を行うが，同時にNPR1のSer11/15は，未同定のリン酸化酵素によりリン酸化される．その後，NPR1はリン酸化依存的に Cullin3 （CUL3）型E3ユビキチンリガーゼ複合体によりユビキチン化され，プロテアソームにより除去される．Spoelらは，このNPR1の分解はSA誘導性の防御応答に必須の過程であり，転写サイクルごとの転写開始複合体の刷新に寄与し，転写活性の亢進あるいは持続的誘導を担うと推論している．

NPR1のリン酸化はSA依存的に生じるため，健常葉においてリン酸化NPR1は極めて微量である．しかし，

非リン酸化NPR1もCUL3複合体により分解へと導かれること，またNPR1はBTBドメインを有しているもののCUL3と直接結合しないことより，少なくとも2種類のアダプタータンパク質によりCUL3複合体にリクルートされると考えられていた．Fuらは，このアダプター

図1^■NPR1パラログによるサリチル酸シグナル伝達機構模式図

サリチル酸は，NPR3およびNPR4を介してNPR1の転写活性を調節する．サリチル酸依存的なレドックス変化は，未知の受容体を介して誘導される可能性がある．

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としてNPR1パラログであるNPR3およびNPR4を同定した^（6）．NPR3/4はNPR1と同様にBTBドメインとan- kyrinリピートを有し，CUL3およびNPR1の両者と相互作用する．驚くべきことに，NPR3とNPR1の相互作用はSA存在下で促進され，逆にNPR4とNPR1の結合はSAにより乖離することが示された．このことは，SA 濃度が低い健常葉において，NPR4がアダプター分子として機能しNPR1をユビキチン化すること，病原菌感染に伴いSAレベルが上昇するとNPR3を介したNPR1の分解が生じることを示唆している．実際，植物では構成的にNPR1量が増加し，SAを処理した植物では野生型と比べ，迅速なNPR1の蓄積が認められる．

また，NPR3およびNPR4のSAに対する親和性は，それぞれ解離定数で981 nMと46 nMと顕著な差異があり，上述の結果とも矛盾しない．

NPR3とNPR4によるSA濃度依存的なNPR1分解制御の生物学的意義は，以下のように説明できる．宿主植物が非病原菌を認識すると，同菌の感染部位においてSA 濃度は顕著に上昇し，過敏感反応（HR）と呼ばれる宿主細胞死を伴う疾病防御機構を活性化する．NPR1は HRを負に調節するため，高レベルのSAに応答する NPR3を介してこれを除去し，HRを適切に誘導する．

一方，HRの周縁細胞から遠隔領域において，SA濃度がNPR3に認識されるほど高濃度ではなく，かつNPR4- NPR1複合体を乖離させるには十分な濃度で存在する場合，同領域においてNPR1は分解を免れ，結果として感染葉における基礎的抵抗力は向上する．

SA受容体同定は，不明な点が多いSAシグナル伝達系における最も重要な発見であるが，同時にさらなる疑問を提示する．先述のように，SAシグナルは細胞質と細胞核の少なくとも2段階の制御により成り立っているが，NPR3/4は核内制御，特にNPR1を介した遺伝子発

現調節を担っている．極めて興味深いことに，

植物においてもSA誘導性の細胞内レドックス変動およびそれに付随するNPR1のオリゴマー／モノマー交換反応は認められる．このことは，SAシグナル伝達系にはNPR1パラログ以外のSA受容体が存在することを示唆するものであり，本系の全容解明には，このレドックス制御に関与する新奇SA認識システムを明らかにする必要がある．筆者らは，それこそがSAシグナルの開始点ではないかと考えている．

1） H. Cao : , 88, 57 （1997）.

2） D. Wang : , 2, e123 （2006）.

3） Y. Tada : , 321, 952 （2008）.

4） S. H. Spoel : , 137, 860 （2009）.

5） Z. Mou : , 113, 935 （2003）.

6） Z. Q. Fu : , 486, 228 （2012）.

（野元美佳*¹，多田安臣*²，*¹愛媛大学連合農学研究科，*²香川大学総合生命科学研究センター）

プロフィル

野元美佳（Mika NOMOTO）

＜略歴＞2011年香川大学農学部応用生物科学科卒業／2013年同大学農学研究科生物資源利用学専攻修士課程修了／同年愛媛大学大学院連合農学研究科生物環境保全学専攻入学／同年日本学術振興会特別研究員

（DC1）, 現在に至る＜研究テーマと抱負＞

環境ストレスを感知する転写因子群の網羅的解析＜趣味＞アルトサックス演奏，旅行多田安臣（Yasuomi TADA）

＜略歴＞1995年神戸大学農学部植物防疫学科卒業／2000年同大学自然科学研究科博士後期課程修了／同年同大学農学部特別研究員／2004年Duke大学ポストドクター／2009年香川大学総合生命科学研究センター准教授，現在に至る＜研究テーマと抱負＞植物ホルモンシグナル及びレドックスシグナルの分子機構の解明＜趣味＞読書，卓球