植物のバイオマス増加を支える脱ユビキチン化酵素を発見～植物ホルモンの作用効果を高める新たな手法の開発に期待～
形態機能学系の佐藤研究室では，大学院生であったYongming Luoさん（現JSPS特別研究員（PD））らが中心に行った研究から，植物のバイオマス増加に欠かせない新たな因子を発見し，論文として発表しました。北海道大学のプレスリリース記事としても公開されています。
以下，Luoさん，佐藤先生による解説です。
植物ホルモンであるブラシノステロイドは，茎の伸長や葉面積の拡大をはじめとして，植物の成長促進に極めて重要な役割を担います。
ブラシノステロイドのシグナル伝達を開始するのが，細胞膜に局在する受容体BRI1であり，細胞中のBRI1の存在量は，ブラシノステロイドのシグナル伝達強度を適切に制御する上で重要です。BRI1の存在量はユビキチン化修飾により誘導される液胞分解によって調節されることが明らかになっています。
しかしながら，BRI1のユビキチン化レベルがどのような仕組みで適切に保たれているかは未解明のままでした。
今回，共同研究グループは，脱ユビキチン化酵素UBP12/13がBRI1と相互作用し，直接的にBRI1のユビキチン化修飾を取り外すことを発見しました。
ユビキチン化修飾は可逆的なタンパク質翻訳後修飾であり，ユビキチンリガーゼ（えんぴつ）が標的にユビキチンを付加する一方で，脱ユビキチン化酵素（消しゴム）がユビキチンを除去する活性を有します。近年の研究から，この「消しゴム」の役割が細胞内のタンパク質量を適切に維持するのに重要なことが分かってきており，注目されています。
本研究結果から，UBP12/13を欠損する変異株では，過剰なユビキチン化修飾と液胞分解によってBRI1量が減少し，その結果，植物個体サイズが著しく低下することが分かりました。植物において，膜タンパク質の液胞分解を抑制する脱ユビキチン化酵素の発見は世界初の成果です。
本研究成果は，植物細胞の膜局在タンパク質の存在量を適切に保つための分子機構解明に向けた重要な知見を提供すると同時に，ブラシノステロイドによる植物成長促進効果を強化するための新たな手法の開発につながることが期待されます。
本研究成果は，2022年4月6日（水）にEMBO reports誌に掲載され，4月号の表紙となっています。
本研究は，北海道大学，ゲント大学（ベルギー），テキサスA&M大学（アメリカ）の研究グループによる国際共同研究として実施されました。
発表論文：Yongming Luo, Junpei Takagi, Lucas Alves Neubus Claus, Chao Zhang, Shigetaka Yasuda, Yoko Hasegawa, Junji Yamaguchi, Libo Shan, Eugenia Russinova and Takeo Sato (2022) Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 stabilize the brassinosteroid receptor BRI1. EMBO reports, 23:e53354.（DOI:10.15252/embr.202153354）