[論文レビュー] Epidemic centrality and the underestimated epidemic impact on network peripheral nodes

Mile Šikić, Alen Lančić+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2011

Complex Network Analysis Techniques参考文献 20被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、タバコの葉におけるオゾン（O3）誘導ストレス応答におけるcGMPの役割を調査し、cGMPが後期の転写応答（PALaおよびPR1a）には不可欠であるが、初期応答（AOX1a、GPX、ACS2）には必要でないことを明らかにした。O3は急速にH2O2とNOを誘導し、cGMPの蓄積は2時間以上経過後にピークに達する。これは、cGMPが持続的ストレスシグナル伝達経路において特異的な役割を果たしていることを示している。

ABSTRACT

Here, we analyse the temporal signatures of ozone (O3)-induced hydrogen peroxide(H2O2) and nitric oxide (NO) and the role of the second messenger guanosine3′,5′-cyclic monophosphate (cGMP) in transcriptional changes of genes diagnostic for biotic and abiotic stress responses. Within 90 min O3 induced H2O2 and NO peaks and we demonstrate that NO donors cause rapid H2O2 accumulation in tobacco (Nicotiana tabacum) leaf. Ozone also causes highly significant, late (> 2 h) and sustained cGMP increases, suggesting that the second messenger may not be required in all early (< 2 h) responses to O3,but is essential and sufficient for the induction of some O3-dependent pathways.This hypothesis was tested resolving the time course of O3-induced transcript accumulation of alternative oxidase (AOX1a), glutathione peroxidase (GPX),aminocyclopropancarboxylic acid synthase (ACS2) that is critical for the synthesis of ethylene, phenylalanine ammonia lyase (PALa) and the pathogenesis-related protein PR1a.The data show that early O3 and NO caused transcriptional activation of the scavenger encoding proteins AOX1a, GPX and the induction of ethylene production through ACS2 are cGMP independent. By contrast, the early response of PALa and the late response of PR1a show critical dependence on cGMP.

研究の動機と目的

• タバコの葉におけるO3誘導性H2O2、NO、cGMPの時間的動態を特定すること。
• cGMPがO3誘導ストレス応答において第二メッセンジャーとして機能するかを評価すること。
• O3に対するcGMP依存性とcGMP非依存性の転写応答を区別すること。
• AOX1a、GPX、ACS2、PALa、PR1aといったストレス関連遺伝子のうち、cGMPに依存して活性化されるものかどうかを特定すること。

提案手法

• 生化学的アッセイを用いて、O3処理後のタバコの葉におけるH2O2およびNOの蓄積の時間的プロファイルを測定した。
• NO供与体を用いて、H2O2レベルに与える影響を評価し、NOが酸化的シグナル伝達に果たす役割を検証した。
• O3暴露に応じたcGMP濃度の時間的推移を定量し、そのキネティクスを特定した。
• O3処理後のストレス応答遺伝子（AOX1a、GPX、ACS2、PALa、PR1a）の転写産物蓄積を解析した。
• 薬理学的または遺伝的ツール（実験設計に示唆される）を用いて、遺伝子発現のcGMP依存性を評価した。
• 初期（≤2時間）と後期（>2時間）の転写応答を比較し、cGMP依存性と非依存性の経路を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O3暴露レベルが、タバコの葉におけるH2O2およびNOの時間的動態にどのように影響するか？
• RQ2 cGMPは、AOX1aおよびGPXのような初期O3誘導転写応答に必要とされるか？
• RQ3 cGMPは、O3に起因するPALaおよびPR1aの後期誘導を媒介するか？
• RQ4 ACS2（エチレン合成）の初期応答はcGMPシグナル伝達に依存するか？
• RQ5 cGMPはO3ストレスシグナル伝達ネットワークにおいて、機能的にどのような役割を果たすか？

主な発見

• O3暴露により、H2O2およびNOのピークが90分以内に急速に誘導され、初期の酸化的およびチオシグナル伝達を示した。
• NO供与体はH2O2の急速な蓄積を誘導した。これは、NOと酸化的ストレスの間で正のフィードバックループが存在する可能性を示唆している。
• O3暴露2時間後以降にcGMP濃度が著しく増加し、持続的になった。これは、遅延的だが持続的な第二メッセンジャー応答であることを示している。
• AOX1a、GPX、ACS2の転写活性化は初期に起こり、cGMPに依存しなかった。これは、cGMP非依存経路が存在することを示している。
• PALaの初期応答およびPR1aの後期応答は、cGMPに強く依存しており、cGMPが持続的ストレスシグナル伝達において重要な役割を果たしていることが明らかになった。
• cGMPは、特に後期遺伝子発現を伴う特定のO3依存ストレス経路の誘導において、本質的かつ十分な役割を果たしていることが判明した。