研究概要

葉緑体は、植物細胞内で光合成を中心とする代謝反応を担うオルガネラです。極端に言えば、葉緑体の光合成反応が、酸素発生によって現在の地球環境を作り出し、二酸化炭素を炭水化物に変換することで我々の食糧を生産している、とも言えます。 植物の成長ステージや環境ストレスに応じて、葉緑体が植物細胞内で積極的に取り壊されることが知られていましたが、その仕組みは未解明でした。私達は、細胞内自己分解システム「オートファジー」の関与を見出し、そこには、飢餓に応答して葉緑体の一部をちぎって運ぶ「部分分解」と、強い光などのストレスで壊れた葉緑体を選び取って丸ごと除去する「全分解（クロロファジー）」の2種が存在することを示し、さらに、各経路を駆動するため、オートファジー関連膜構造と葉緑体の一部が強く連携する2種類のオルガネラ・ゾーン（部分分解ゾーン・全分解ゾーン）がそれぞれ形成されることを見出しました（下図を参照）。本研究では、これらオルガネラ・ゾーンの形成因子を明らかにすると共に、植物が生きる上で両ゾーンが果たす役割を実験的に証明していきます。これらの解析を基盤に、葉緑体というオルガネラを基軸として形成されるオルガネラ・ゾーンの全体像に迫る研究を展開していきます。

代表的な原著論文

1. Nakamura, S., Hidema, J., Sakamoto, W., Ishida, H., Izumi, M. (2018) Selective elimination of membrane-damaged chloroplasts via microautophagy, Plant Physiol. 177, 1007-1026.
2. Hirota, T., Izumi, M., Wada, S., Makino, A., Ishida, H. (2018) Vacuolar protein degradation via autophagy provides substrates to amino acid catabolic pathways as an adaptive response to sugar starvation in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Physiol. 59, 1363-1376
3. Izumi, M., Ishida, H., Nakamura, S., and Hidema, J. (2017) Entire photodamaged chloroplasts are transported to the central vacuole by autophagy. Plant Cell 29, 377-394
4. Izumi, M., Hidema, J., Wada, S., Kondo, E., Kurusu, T., Kuchitsu, K., Makino, A., and Ishida, H. (2015) Establishment of monitoring methods for autophagy in rice reveals autophagic recycling of chloroplasts and root plastids during energy limitation. Plant Physiol. 167, 1307-1320

総説

1. 泉正範 (2019) 窒素利用の改変を目指す葉緑体オートファジー研究の進展，光合成研究 29, 54-68
2. Izumi, M., Nakamura, S., Li, N. (2019) Autophagic turnover of chloroplasts: its roles and regulatory mechanisms in response to sugar starvation. Front. Plant Sci. 10, 280
3. 中村咲耶, 泉正範 (2018) 壊れた葉緑体はオートファジーで丸ごと除去される，植物科学最前線 9, 36-45
4. Nakamura, S. and Izumi, M. (2018) Regulation of chlorophagy during photoinhibition and senescence: Lessons from mitophagy. Plant Cell Physiol. 59, 1135-1143
5. Izumi, M. and Nakamura, S. (2018) Chloroplast protein turnover: The influence of extraplastidic processes, including autophagy. Int. J. Mol. Sci. 19, e828