表層微小管は、細胞膜中を移動するセルロース合成酵素複合体の軌道をコントロールすることによって、細胞壁の構造を制御しています。本論文では、二次細胞壁が局所的に肥厚する道管分化をモデルとし、表層微小管による細胞壁の制御機構を解析しました。私たちはまず、後生木部道管のマスター因子であるVND6をシロイヌナズナ培養細胞に導入することにより、in vitroの道管分化誘導系を新たに開発しました（図1A）。この分化誘導系では、わずか48 時間の間に80％もの細胞が後生木部道管へと分化します。分化過程において表層微小管は局所的に消失し、その領域が壁孔（二次細胞壁が肥厚しない領域）になることが分かりました（図1B）。次に、マイクロアレイデータを解析し、この現象に関わる新規の微小管結合タンパク質MIDD1（Microtubule depletion domain 1）を発見しました。MIDD1は細胞膜ドメインにアンカーされることによって、壁孔領域の表層微小管に特異的に結合し、表層微小管を局所的に分解していることが分かりました（図1C）。壁孔領域において、MIDD1は微小管のプラス端に顕著に蓄積し、微小管を崩壊へと向かわせます（図1D）。本研究により、木部細胞は、細胞膜ドメインを介し、表層微小管のダイナミクスを局所的に制御することで、特徴的な細胞壁構造を作り上げていることが明らかになりました（図1E）。
図１：後生木部道管分化におけるMIDD1による局所的な表層微小管の分解
（A）シロイヌナズナ培養細胞。分化誘導後は80%以上の細胞で二次細胞壁が形成される。二次細胞壁は蛍光色素（赤）で染色した。Bar = 50 mm。（B）微小管が局所的に消失し、壁孔が形成される。Bar = 10 mm。（C）MIDD1-GFP（緑）は壁孔の表層微小管に局在し、二次細胞壁（紫）直下の表層微小管には局在しない。画像は50枚の経時観察像を最大輝度投影したもの。Bar = 5 mm。（D）壁孔におけるMIDD1のダイナミクス。MIDD1-GFPによってラベルされた微小管のキモグラフを示す。微小管が脱重合を始めるとMIDD1が微小管のプラス端に蓄積する(やじり)。Bar = 2 mm。（E） 細胞膜ドメインによる表層微小管の制御モデル。MIDD1が細胞膜にアンカーされ(左)、細胞膜ドメインに侵入してきた表層微小管に結合し（中央）、微小管のプラス端に蓄積してレスキューを抑制する（右）と考えられる。
|
