研究テーマ
オーキシンの生合成・代謝・輸送・シグナル伝達に作用するバイオプローブの開発
植物の生長や分化は、外的要因とともにオーキシン、サイトカイニン、アブシジン酸、エチレン、ジベレリンなどの
植物ホルモンにより制御されています。その中でもオーキシンは最も古くから知られており、多彩な生理作用を
示すことが知られています。生命現象の解明には、いろいろな研究アプローチがありますが、最近、Chemical Biology という学際領域が活発に
なってきており、この分野で、相次いで学術誌が創刊されています。このChemical Biologyとは、化学的な手法で、
生命現象の解明にアプローチをしようという動きです。今までに、医薬の開発を目的として、さまざまな、受容体拮抗
剤や酵素阻害剤 （バイオプローブ）が開発され、それらを利用して、新たな生命現象の解明が行われてきた。しかし
ながら、あくまで、医薬としての開発が主流であったため、植物へのこれらバイオプローブの利用は、哺乳類に対して
開発されたバイオプローブが用いられ、はじめから、植物に対するバイオプローブとして開発されたものは、限られ
ていました。そこで、植物に対する”専用”のバイオプローブを開発しようとする研究が注目を浴びています。
”オーキシンの信号伝達系に作用するバイオプローブの探索”は、この植物に対する”専用”のバイオプローブの
探索で、世界的に見て、初めての研究で、Plant Physiology誌の総説にも紹介されています。
我々の研究室では、主として形質転換シロイヌナズナを用いています。活性化合物の探索から、全合成、構造活性相関、シロイヌナズナの変異株や形質転換体をもちいて、作用機構の 解明まで、有機化学から分子生物学まで、幅広い分野をカバーしています。
現在までに、見出したオーキシンの信号伝達系の阻害剤には、Yokonolide B と Terfestatin A があります。これらの 阻害剤はオーキシンの作用機構の研究や、植物生理学上、非常に有用なバイオプローブとして評価されています。 たとえば、yokonolideの研究は、世界中の第一線の研究者が論文の評価を行っているFaculty of 1000の論文評価で、 Must Read F1000 factor 4.8の評価を受けています。また、Terfestatin Aの論文は、Plant Physiology誌のOn the insideで 取り上げられました。 最近では、植物の遺伝子発現を調節する物質としてCaged gene inducerを開発しており、このCaged gene inducerも Must Read F1000 factor 4.8 の高い評価を受けています。 また、2008年に、オーキシン受容体TIR1に特異的に作用するアンチオーキシンプローブを開発し、PNAS誌 に発表しました。 論文の中では、ワシントン大学のN.Zheng博士らと共同研究を行い、このアンチオーキシンプローブについて、TIR1とプローブ複合体 の結晶構造を解析し、その作用機構についても、分子レベルで明らかとしております。 また、ChemBioChemに掲載されたCaged auxinの論文が、Cover Pictureに採用されました。 caged auxinの論文は、Nature Chemical BiologyのResearch Highlightでも紹介されています。(２００９年９月号）最近では，蛍光オーキシンの論文がFaculty of 1000で，recomendされ，Nature MethodのResearch Highlightでの紹介されました。Plant Physiology誌の総説
Faculty of 1000 (yokonolide) での紹介記事
Faculty of 1000 (caged auxin) での紹介記事
Nature Chemical BiologyのResearch Highlightでの紹介記事（Nature Chemical Biology Vol 5 (9), 615 (2009)）
蛍光オーキシンのNature methodsのResearch Highlightでの紹介記事（Nature Methods 11 (892) (2014)）
我々の研究室では、主として形質転換シロイヌナズナを用いています。活性化合物の探索から、全合成、構造活性相関、シロイヌナズナの変異株や形質転換体をもちいて、作用機構の 解明まで、有機化学から分子生物学まで、幅広い分野をカバーしています。
現在までに、見出したオーキシンの信号伝達系の阻害剤には、Yokonolide B と Terfestatin A があります。これらの 阻害剤はオーキシンの作用機構の研究や、植物生理学上、非常に有用なバイオプローブとして評価されています。 たとえば、yokonolideの研究は、世界中の第一線の研究者が論文の評価を行っているFaculty of 1000の論文評価で、 Must Read F1000 factor 4.8の評価を受けています。また、Terfestatin Aの論文は、Plant Physiology誌のOn the insideで 取り上げられました。 最近では、植物の遺伝子発現を調節する物質としてCaged gene inducerを開発しており、このCaged gene inducerも Must Read F1000 factor 4.8 の高い評価を受けています。 また、2008年に、オーキシン受容体TIR1に特異的に作用するアンチオーキシンプローブを開発し、PNAS誌 に発表しました。 論文の中では、ワシントン大学のN.Zheng博士らと共同研究を行い、このアンチオーキシンプローブについて、TIR1とプローブ複合体 の結晶構造を解析し、その作用機構についても、分子レベルで明らかとしております。 また、ChemBioChemに掲載されたCaged auxinの論文が、Cover Pictureに採用されました。 caged auxinの論文は、Nature Chemical BiologyのResearch Highlightでも紹介されています。(２００９年９月号）最近では，蛍光オーキシンの論文がFaculty of 1000で，recomendされ，Nature MethodのResearch Highlightでの紹介されました。
発表論文の紹介
細胞内できわめて安定なcaged auxin
ＭＮＩケージド基を光保護基として持つ不活性なオーキシン誘導体を合成しました。MNI-Aauxinは、長波長の紫外線照射で、MNI基が光分解を受けて、活性のあるオーキシンを遊離します。つまり、光照射により原理的には、1つの細胞レベルでのオーキシンのダイレクトでかつ精密な投与制御を可能とします。
Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 25, 20, 4464–4471(2015)
Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 25, 20, 4464–4471(2015)
植物ホルモン・オーキシンを細胞解像度で観察する新技術
植物の成長調節に重要なホルモン・オーキシンの分布を精密に観察する新技術
植物ホルモンであるオーキシンは植物の成長調節の中心的な役割をはたす物質です。植物内での オーキシン量の調節は、オーキシンの合成と輸送によりコントロールされています。オーキシンに よる成長制御では、この細胞・組織間でのオーキシン量の調節が大きな働きをしています。これま でにも分子生物学や化学分析の手法によってオーキシン分布の解析が進められてきましたが、オー キシンの合成と輸送を分けて解析することや、細胞解像度でオーキシンの分布を簡便に観察するこ とは不可能でした。
国際研究グループは、オーキシン濃度と植物の成長調節の関係を理解するため、オーキシン濃度 のイメージング技術の開発を目指し、新たな化学生物学アプローチとして、蛍光色素 2で標識化した オーキシンを開発しました。この標識化オーキシンは、もとのオーキシンと同じように、オーキシ ンを輸送する仕組みで運ばれて植物体内で分布します。この標識化オーキシンを用いることで細胞 解像度でのオーキシンの分布像を観察することに成功しました。さらに標識化オーキシンを用いる と合成されたオーキシンと輸送されたオーキシンを区別できることから、オーキシン濃度分布の形 成過程の追跡にも有効です。今後、本技術は、植物の成長に中心的な役割を果たしている、オーキ シンの濃度調節メカニズムを解析する研究に役立つと期待できます。
Proc Natl Acad Sci U S A. 2014, 111(31):11557-62
植物ホルモンであるオーキシンは植物の成長調節の中心的な役割をはたす物質です。植物内での オーキシン量の調節は、オーキシンの合成と輸送によりコントロールされています。オーキシンに よる成長制御では、この細胞・組織間でのオーキシン量の調節が大きな働きをしています。これま でにも分子生物学や化学分析の手法によってオーキシン分布の解析が進められてきましたが、オー キシンの合成と輸送を分けて解析することや、細胞解像度でオーキシンの分布を簡便に観察するこ とは不可能でした。
国際研究グループは、オーキシン濃度と植物の成長調節の関係を理解するため、オーキシン濃度 のイメージング技術の開発を目指し、新たな化学生物学アプローチとして、蛍光色素 2で標識化した オーキシンを開発しました。この標識化オーキシンは、もとのオーキシンと同じように、オーキシ ンを輸送する仕組みで運ばれて植物体内で分布します。この標識化オーキシンを用いることで細胞 解像度でのオーキシンの分布像を観察することに成功しました。さらに標識化オーキシンを用いる と合成されたオーキシンと輸送されたオーキシンを区別できることから、オーキシン濃度分布の形 成過程の追跡にも有効です。今後、本技術は、植物の成長に中心的な役割を果たしている、オーキ シンの濃度調節メカニズムを解析する研究に役立つと期待できます。
Proc Natl Acad Sci U S A. 2014, 111(31):11557-62
植物の生体防御系の進化の解明につながる発見
稲は、自身の生体防御に抗菌性化合物であるモミラクトンを生産します。驚いたことに進化上かなり離れた蘚類ハイゴケにおいても生体防御物質としてモミラクトンが生産されます。このような進化的にかけ離れたコケとイネが、モミラクトンの生合成する能力を獲得し、進化させてきたのか。蘚類ハイゴケの生産するファイトアレキシン・モミラクトンの合成酵素遺伝子HpDTC１のクローニングと機能解析に成功しました。またHpDTC１の発現が、病原菌の感染やストレスにより、速やかに誘導され、ハイゴケでモミラクトンが蓄積し、生体防御に関与することがわかりました。
Scientific Reports in press (2016)
開発したバイオプローブ
| BH-IAA [第一世代のオーキシンTIR1/AFB受容体アンタゴニスト、オーキシン結合部位にオーキシンと拮抗して結合し、オーキシンシグナルを遮断する] | |
| PEO-IAA [オーキシンTIR1/AFB受容体のオーキシン結合部位に、オーキシンと拮抗して結合するアンタゴニスト] | |
| Auxinole [PEO-IAAの高活性型アンタゴニスト オーキシンTIR1/AFB受容体のオーキシン結合部位に、オーキシンと拮抗して結合するアンタゴニスト] | |
| IAAのアナログで、オーキシン受容体結合活性を消失させたアナログであるが、オーキシン輸送体（取込みタンパクAUX1, 排出輸送体PIN, ABCBトランスポーター）には認識されて、内生IAAの輸送と拮抗することで、オーキシン輸送を競争阻害する。 | |
| 合成オーキシンであるNAAのアナログで、オーキシン受容体への結合活性を消失させたアナログであるが、オーキシンの排出輸送体（排出輸送体PIN, ABCBトランスポーター）には認識されるが、取込みタンパクAUX1には認識されない。内生IAAの輸送と拮抗することで、オーキシン輸送を競争阻害する。 | |
| 光照射により、光乖離型保護基がはずれて、IAAやNAAなどの活性型オーキシンが遊離される。光の照射量の位置は、顕微鏡などの光学系で極めて厳密に制御できることから、原理的にはひとつの細胞内のオーキシン濃度を人工的に制御できる。 | |
| オーキシン生合成経路の律速酵素であるYUCCAフラビンモノオキシゲナーゼを拮抗的に阻害するオーキシン合成酵素阻害剤。（首都大学 小柴先生との共同研究） |