[論文発表]ビタミンCの再生機構と生理学的意義:DHARとグルタチオンの協働

2020年3月9日

植物のビタミンC再生の仕組みに関する論文がPlant Physiology誌に受理されました。埼玉大学(川合先生、宮城先生)との共同研究です。

Dehydroascorbate reductases and glutathione set a threshold for high light-induced ascorbate accumulation
Yusuke Terai, Hiromi Ueno, Takahisa Ogawa, Yoshihiro Sawa, Atsuko Miyagi, Maki Kawai-Yamada, Takahiro Ishikawa, and Takanori Maruta
Plant Physiology, 183: 112-122, 2020 May. 

 

[研究の概要]植物がビタミンC(アスコルビン酸)を還元型で高濃度に維持するためには、酸化型(デヒドロアスコルビン酸、DHA)からの再生系が重要です。今回、私たちはシロイヌナズナのデヒドロアスコルビン酸還元酵素(DHAR)の機能に注目し、様々な多重変異株を用いた解析から二つの結論を出しました。一つ目は、DHARの機能はアスコルビン酸濃度に依存的であり、強光条件下におけるアスコルビン酸の高蓄積には必要であることです。一方で、アスコルビン酸濃度が低レベルまたは中程度であるとき、DHARは重要ではなく、他の再生機構によって十分に相補されることが明らかになりました。二つ目は、DHARの機能を補う仕組みとして、グルタチオンによる非酵素的なDHA還元反応が重要であることを遺伝学的に証明しました。DHARはグルタチオンを電子供与体としてDHAを還元する酵素であることから、グルタチオンを介した酵素的および非酵素的なDHA還元反応が植物のアスコルビン酸再生に相補的に機能することが明らかになりました。Open Accessなので、興味あれば是非読んでください。

[研究の背景]

 

 より詳細は、論文の公開後に執筆予定です。

 

 

なお、Plant Physiology誌5月号にて、News and Viewsとしてこの研究が下記の通り取り上げられました。

What Are the Roles for Dehydroascorbate Reductases and Glutathione in Sustaining Ascorbate Accumulation?
Elisa Dell’Aglio, Amna Mhamdi
Published May 2020. DOI: https://doi.org/10.1104/pp.20.00388

[あとがき]本研究は、修了生の寺井くんと始めたものです。当初は、DHARのアスコルビン酸再生酵素としてのはたらきより、むしろ「GSH酸化反応」の側面に注目して研究を開始しました。しかし直後に、強力なコンペティターが強烈なデータを出していることを偶然知り、そのテーマでは彼らに追いつけないことに気づきました。慌てて、DHA還元反応(すなわち従来のDHARの役割)に視点を変えて研究することにしましたが、予期せぬ結果の連続で、DHARは本当にアスコルビン酸再生酵素なのか?と何度も疑いながら、何度も自分たちの頭の中のストーリーを書き換えながら進めました。
 今回の報告のキモは、dhar1 dhar2 dhar3 pad2の四重変異株です。これは、DHAR酵素反応に加えて、GSHによる非酵素反応も抑えるために作ったものですが、そもそもDHARはGSH依存酵素(しかもGSHへのKm値は比較的高い)なので、pad2のシングル変異株でも酵素/非酵素反応の両方が抑えられると思われました。そのため丸田は、四重変異株を作る価値は低いと思う旨を寺井くんに伝えていたのですが、彼は「せっかくなんで」とそのまま作出を継続しました。その結果として、四重変異株でのみ著しいアスコルビン酸ターンオーバーの促進と葉のブリーチングが起こり、今回の発見に繋がりました。おそらく彼がいなければDHARの生理機能やインパクトは未だに分からないままで、DHARに「役立たずな酵素」という誤ったレッテルを貼っていたかもしれません。寺井くんには感謝感激雨霰です。また、そのうち浴びるほど一緒に酒を飲みたいですね。
 寺井くんの修了後、卒業生の上野さんがバトンを引きつぎ、おそるべき精度で必要なデータを積み重ねてくれました。また埼玉大学の先生には、アスコルビン酸分解産物の定量を引き受けていただきました。
 みなさま、ご協力ありがとうございました。


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