疑似応答調節因子

擬似応答調節因子( PRR ) は、植物の概日時計を制御する遺伝子群を指します。概日時計内の他のタンパク質との相互作用の大部分を実行する 4 つの主要な PRR タンパク質 (PRR9、PRR7、PRR5、TOC1 /PRR1) と、機能が限定されているもう 1 つのタンパク質 (PRR3) があります。これらの遺伝子はすべて互いにパラログであり、すべてが 1 日のさまざまな時間に概日時計関連 1 ( CCA1 ) と後期伸長胚軸(LHY) の転写を抑制します。PRR9、PRR7、PRR5、 TOC1 /PRR1の発現は、それぞれ朝、正午、午後、夕方にピークになります。これらの遺伝子はグループとして、植物の生物時計を制御する 3 つの部分からなる抑制因子システムの 1 つです。

1990年代に複数の研究室がPRR遺伝子を概日時計の一部であると特定しました。2000年に松鹿明徳、牧野誠也、小島正也、水野剛志は、PRR遺伝子を応答調節遺伝子（ARR）ではなく疑似応答抑制遺伝子として初めて理解しました。^{[1] [2]} PRR遺伝子とARR遺伝子を区別する要素は、ARRタンパク質を特徴付けるリン酸化アスパラギン酸部位がないことです。 PRR遺伝子を発見した彼らの研究は、2000年代初頭には、シロイヌナズナの体内時計のもう一つの疑似応答制御因子であるTOC1 （水野研究室ではAPRR1と命名）の機能について科学界に情報を提供したとして主に称賛されましたが、^[3]松鹿と彼のチームが見つけたPRR遺伝子に関する情報は、植物の概日時計の科学的理解を深め、他の研究者がPRR遺伝子の目的について仮説を立てることにつながりました。^{[1]現在の研究では、TOC1、PRR3、PRR5、PRR7、およびPRR9が}シロイヌナズナの概日時計のメカニズムにとって重要であることが特定されていますが、松鹿らは、2つの異なるアミノ酸構造に基づいて、PRR遺伝子を2つのサブグループ（APRR1とAPRR2、Aはシロイヌナズナの略）に分類しました。^{[4]水野が提唱した}PRR遺伝子を含む負のフィードバックループは、2012年にアンドリュー・ミラーの研究室によって複雑なリプレッサー回路に組み込まれました。 ^[5]相互作用する負のフィードバックループで構成されているという植物の生物時計の概念は、正と負の要素を持つ自己調節負のフィードバックループを含む哺乳類や真菌の概日時計と比較して独特です^{[6] （}概日時計のページの「転写制御と非転写制御」を参照）。

PRR3、PRR5、PRR7、PRR9は、環境入力に同期する負の自己調節フィードバックループのリプレッシャに関与しています。リプレッシャには朝、夕方、夜のループがあり、擬似応答調節タンパク質とCCA1およびLHYとの相互作用によって部分的に制御されています。CCA1とLHYは、それぞれ朝、夕方、夜にPRR9、PRR7、PRR5への結合がピークになります。^[7]

未知のキナーゼによってリン酸化されると、PRR5およびPRR3タンパク質は、 TOC1（CAB2発現のタイミング1 ）への結合が増加します。この相互作用により、TOC1とPRR5の両方が安定化し、Fボックスタンパク質ZEITLUPE（ZTL）による分解が防止されます。^[7]このメカニズムにより、ZTLが光によって阻害されるのと同様に、PRR5は光によって間接的に活性化されます。さらに、PRR5は、単一のMYB転写因子CCA1およびLHYをコードする遺伝子の転写抑制に寄与します。^[7]

2つのMYB転写因子、CCA1とLHYは、PRR7とPRR9の発現を活性化します。次に、PRR7とPRR9はプロモーターの結合を通じてCCA1とLHYを抑制します。この相互作用は、 A. thalianaの生物時計の抑制因子の朝のループを形成します。^[7]クロマチン免疫沈降により、LUXがPRR9プロモーターに結合して抑制することが実証されています。さらに、ELF3はPRR9を活性化し、CCA1とLHYを抑制することが示されています。^[7] PRR9は、選択的RNAスプライシングによっても活性化されます。PRMT5 （メチル化因子）がPRR9のイントロン2のメチル化を妨げると、フレームシフトが発生し、早期切断が発生します。^[7]

PRR7とPRR9は、 A. thalianaの温度サイクルへの同調にも役割を果たしています。PRR7とPRR9が不活性化された二重変異体植物は、高温で周期が極端に長くなりますが、低温では周期に変化は見られません。しかし、PRR7 /PRR9機能喪失変異体におけるCCA1とLHYの不活性化は、高温で周期に変化を示さず、これはPRR7とPRR9が過剰補償によって作用していることを示唆しています。^[7]

A. thalianaでは、主なフィードバックループは、いくつかのタンパク質間の転写制御に関与していると提案されています。このループの3つの主なコンポーネントは、TOC1（PRR1としても知られています）、CCA1、およびLHYです。^[8]各コンポーネントの転写のピークは、1日の異なる時間帯です。^[9] PRR 9、7、および5はそれぞれ、CCA1とLHYの転写レベルを大幅に低下させます。^[9]逆に、PRR 9と7はTOC1の転写レベルをわずかに増加させます。^[9]コンスタンス（CO）も、午後の光感受性期間を決定する分子メカニズムを設定することにより、PRRタンパク質によって間接的に制御されます。 ^[10] PRRは、1日の特定の時間にCOを安定化させてその蓄積を媒介することも知られています。^{[11]これにより、短い}光周期での早期開花が制御され、光感受性と開花時期の制御がPRRクラスの重要な機能になります。^[10]

PPR3、PRR5、PRR7、PRR9はすべて互いにパラログです。これらは類似した構造を持ち、CCA1とLHYの転写を抑制します。さらに、これらはすべてリン酸化アスパラギン酸部位を欠いているという特徴があります。これらの遺伝子はTOC1のパラログでもあり、PRR1とも呼ばれます。^[7]

セラギネラにはいくつかの擬似応答調節因子が発見されているが、その機能はまだ解明されていない。^[12]

PRR は遺伝子ファミリーであるため、可能性のある表現型を特定するために複数回の変異体スクリーニングが実行されました。

自由走行環境における時計のリズムに関しては、 PRR9とPRR5はそれぞれ長い周期と短い周期と関連している。^[9]各遺伝子について、PRR7との二重変異体は、観察されたリズムの傾向を悪化させる。^[9]三重変異体は植物を無リズムにする。^[9]

長日条件下での開花時期に関しては、すべての変異体で開花が遅く観察され、PRR7は他の変異体と比較して著しく遅くなりました。^[9] PRR7との二重変異体はすべて、PRR5/PRR9変異体よりも開花時期がはるかに遅くなりました。^[9]

光感受性に関しては、特に胚軸の伸長に関連する赤色光において、すべてのPRR変異体は低感受性であることが観察され、PRR9はより感受性が低いことが示された。^[9]すべての二重変異体はPRR5またはPRR7変異体と同等の低感受性であったが、三重変異体は極めて低感受性であった。^[9]

最近の研究では、時計遺伝子の発現は組織特異性を示すことが示されています。^[13]特定の組織がPRRなどの時計遺伝子の特定のピークを示す方法、時期、理由を理解することで、リプレッサー内の各遺伝子の微妙なニュアンスについてより多くを明らかにすることができます。

A. thaliana以外の種における概日時計のメカニズムに関する研究はほとんど行われていない。他の種における時計機能に関与する遺伝子を知ることで、植物種間の時計の類似点と相違点についてより深い洞察が得られるだろう。^[14]

植物の生物時計抑制システムの各ステップのメカニズムの詳細は、まだ完全には解明されていません。これらを理解することで、時計機能に関する知識が得られ、種を超えて概日時計の生態学的および進化的機能の理解が深まります。^[7]

さらに、CCA1やLHYではないPRR5、PRR7、PRR9の直接的な標的を特定することで、CCA1に依存しないミトコンドリアの開花経路や代謝などの出力遺伝子へのPRRの分子リンクに関する情報が得られます。^[9]

• TOC1（遺伝子）
• CCA1
• 概日時計