非天然型機能性生理活性分子を用いたマメ科植物就眠運動の生物分子化学的研究

• Project/Area Number: 16073216
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 上田 実 Tohoku University, 大学院・理学研究科, 教授 (60265931)
• Project Period (FY): 2004 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥28,100,000 (Direct Cost: ¥28,100,000); Fiscal Year 2007: ¥8,100,000 (Direct Cost: ¥8,100,000); Fiscal Year 2006: ¥8,100,000 (Direct Cost: ¥8,100,000); Fiscal Year 2005: ¥8,000,000 (Direct Cost: ¥8,000,000); Fiscal Year 2004: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000)
• Keywords: 生理活性分子 / マメ科植物 / 就眠運動 / β-グルコシダーゼ / グルコノアミジン / 電子顕微鏡プローブ / 生体内ダイナミズム / 生物時計 / 就眠物質 / 覚醒物質 / 受容体 / 分子プローブ

Research Abstract

一般に植物は動かないものと考えられているが、マメ科植物は、昼間は葉を開き、夜になると葉をたたんで「眠る」、就眠運動と呼ばれる特異な生物現象を行う。これは、紀元前、アレキサンダー大王の時代から知られている、非常に興味深い現象である。本研究では、これらの興味深い生物現象を、分子レベルでの解明を試みた。
我々は、マメ科植物の就眠運動は、就眠・覚醒両物質によってコントロールされており、それらが属特異的であることを見いだしている。そこで、Albizzia属アメリカネムノキの就眠・覚醒物質に蛍光色素を結合させた蛍光プローブを合成し、2つの活性物質の作用部位を調べた結果、就眠・覚醒両物質は、葉枕部内側の運動細胞に偏在する受容体に結合することで、葉枕の片側の運動細胞のみに体積変化を引き起こし、これを膨潤・収縮させることがわかった。さらに、就眠物質の両エナンチオマーの蛍光プローブを用いた蛍光標識実験「エナンチオ・ディファレンシヤル分子プローブ法」により、葉枕内側の運動細胞に、就眠物質の立体化学を認識する受容体が含まれることを強く示唆する結果を得た。一方、Lespedeza属メドハギの運動のリズムをつくりだす鍵酵素β-グルコシダーゼの精製に成功し、これが分子量150kDaの巨大な糖タンパク質であることを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Nanometer-scale Direct Observation of the Receptor for Leaf-movement Factor in the Plant Cell by Using Novel TEM Probe (2007)
  • Author(s): Y. Manabe, T. Sugimoto, T. Kawasaki, and M. Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron Letters 48 Pages: 1341-1344
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Affinity Purification of the Key Enzyme of Nyctinasty Controlling the Leaf-movement by Using Gluconoamidine Ligand (2007)
  • Author(s): E. Kato, T. Sasaki, T. Kumagai and M. Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron Letters 48 Pages: 2409-2413
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enantio-differential Approach using fluorescence-labeled Phyllanthurinolactone, a leaf-closing Factor of Phyllanthus urinaria L. (2007)
  • Author(s): N. Kato, M. Inada, H. Sato, S. Ito, and M. Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron Letters 48 Pages: 7702-7705
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Endogenous factors involved in the regulation of movement and "memory" in plants (2007)
  • Author(s): M. Ueda, Y. Nakamura, and M. Okada
  • Journal Title: Pure and Applied Chemistry 79 Pages: 513-521
  • NAID: 120002069930
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical basis of plant leaf movement (2007)
  • Author(s): M. Ueda and Y. Nakamura
  • Journal Title: Plant Cell Physiology 48 Pages: 900-907
  • NAID: 10027002712
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 植物のリズム運動を制御する生理活性天然物のケミカルバイオロジー (2007)
  • Author(s): 上田 実、中村葉子、岡田正弘
  • Journal Title: 蛋白質・核酸・酵素別冊「ケミカルバイオロジー」 52 Pages: 1667-1672
• [Journal Article] 植物の外部シグナルセンシング:就眠運動と刺激の記憶 (2007)
  • Author(s): 上田 実、中村葉子、岡田正弘
  • Journal Title: 細胞工学「感覚センサー:生物の感覚機能の驚くべき多様性にせまる、そして応用へ」 26 Pages: 898-902
• [Journal Article] 「コラム植物の運動」就眠運動の化学メカニズム (2007)
  • Author(s): 上田 実、中村葉子、真鍋良幸、岡田正弘
  • Journal Title: 遺伝 61 Pages: 28-29
• [Journal Article] Nanometer-scale Direct Observation of the Receptor for Leaf-movement Factor in the Plant Cell by Using Novel TEM Probe (2007)
  • Author(s): Y.Manabe, T.Sugimoto, T.Kawasaki, M.Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. 48 Pages: 1341-1344
• [Journal Article] Affinity Purification of the Key Enzyme of Nyctinasty Controlling the Leaf-movement by Using Gluconoamidine Ligand (2007)
  • Author(s): E.Kato, T.Sasaki, T.Kumagai, M.Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. 48 Pages: 2409-2413
• [Journal Article] Enantio-differential Approach to Identify the Target Cell for Glucosyl Jasmonate-type Leaf-closing Factor, by Using Fluorescence-labeled Probe Compounds (2006)
  • Author(s): Y.Nakamura, R.Miyatake, A.Matsubara, H.Kiyota, M.Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron 62 Pages: 8805-8813
• [Journal Article] Fluorescence Study on the Nyctinasty of Phyllanthus urinaria L. Using Novel Fluorescence-labeled Probe Compounds (2006)
  • Author(s): N.Kato, M.Inada, H.Sato, R.Miyatake, T.Kumagai, M.Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron 62 Pages: 7307-7318
• [Journal Article] Direct Observation of the Target Cell for jasmonate-type Leaf-closing Factor : Genus-specific Binding of Leaf-movement Factor to the Plant Motor Cell (2006)
  • Author(s): Y.Nakamura, H.Kiyota, T.Kumagai, M.Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. 47 Pages: 2893-2897
• [Journal Article] Double Fluorescence-labeling Study on Genus Albizzia Using a Set of Fluorecence-labeled Leaf movement Factors to Identify the Spatial Distribution of their Receptors (2006)
  • Author(s): Y.Nakamura, A.Matsubara, M.Okada, T.Kumagai, M.Ueda
  • Journal Title: Chemistry Letters 35 Pages: 744-745
  • NAID: 10017604381
• [Journal Article] Direct Observation of the Target Cell for jasmonate-type Leaf-closing Factor : Genus-specific Binding of Leaf-movement Factor to the Plant Motor Cell (2006)
  • Author(s): Y.Nakamura, et al.
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. 47(印刷中)
• [Journal Article] 機能性分子プローブを用いた植物就眠運動の生物有機化学-標的細胞と受容体タンパク質、そして鍵酵素- (2006)
  • Author(s): 上田他
  • Journal Title: 有機合成化学協会誌 64 Pages: 117-129
  • NAID: 10017252258
• [Journal Article] Concise Syntheses of Glyconoamidines as Affinity Ligands for the Purification of β-Glucosidase Involved in a Control of Some Biological Events Including Plant Leaf-Movement, (2005)
  • Author(s): E.Kato, et al.
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. 46 Pages: 4865-4869
• [Journal Article] Direct Observation of a Target Cell of Leaf-closing Factor by Using Novel Fluorescence-labeled Phyllanthurinolactone (2005)
  • Author(s): H.Sato, et al.
  • Journal Title: Tetrahedron Lett 46 Pages: 5537-5541
• [Journal Article] Detection of 210 kDa and 180 kDa Receptor Proteins for a Leaf-Movement Factor by Using Novel Photoaffinity Probes (2005)
  • Author(s): T.Fujii, et al.
  • Journal Title: Tetrahedron 61 Pages: 7874-7893
• [Journal Article] ハエトリソウの「記憶」物質を追って (2005)
  • Author(s): 上田, 他
  • Journal Title: 現代化学(5月号) Pages: 52-57
  • NAID: 40006720600
• [Journal Article] Enantioselective synthesis of Phyllanthurinolactone and its analogs towards the development of molecular probes (2004)
  • Author(s): K.Urakawa, T.Sugimoto, T.Sato, M.Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron Letters 45巻 Pages: 5885-5888
• [Journal Article] Detection of Potential Membrane Receptor Proteins Concerning Circadian Rhythmic Leaf Movement of Legumes Using Novel Photoaffinity Probe Compounds (2004)
  • Author(s): T.Sugimoto, T.Fujii, Y.Idutu, S.Yamamura, M.Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron Letters 45巻 Pages: 335-338
• [Journal Article] Mechanism of Antifeedant Activity of Plumbagin, a Compound Concerning the Chemical Defense in the Carnivorous Plant (2004)
  • Author(s): T.Tokunaga, N.Takada, A.M.Ueda
  • Journal Title: Tetrahedron Letters 45巻 Pages: 7115-7119
• [Journal Article] Biomimetic Synthesis of a leaf-opening Factor, Potassium Lespedezate, by Direct Formation of Enol-glycoside (2004)
  • Author(s): T.Sugimoto, M.Ueda
  • Journal Title: Chemistry Letters 33巻 Pages: 976-977
• [Journal Article] Cytotoxic Antifeedant from Dionea muscipura Ellis : a Defensive Mechanism of Carnivorous Plant against Predators (2004)
  • Author(s): T.Tokunaga, A.Dohmura, N.Takada, M.Ueda
  • Journal Title: Bull.Chem.Soc.Jpn. 77巻 Pages: 537-541
• [Journal Article] Mechanism of asymmetric decarboxylation of α-aryl-α-methymalonate catalyzed by arylmalonate decarboxylase. (2004)
  • Author(s): K.Matoishi, M.Ueda, H.Ohta
  • Journal Title: Molecular Catalysis B : Enzymatic 27巻 Pages: 161-168
• [Presentation] ハエトリソウ捕虫運動に見られる「記憶」現象に関与する低分子活性物質 (2008)
  • Author(s): 岡田正弘、村上 慎、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] 植物細胞表面に存在する就眠運動関連受容体の特異的Ligation反応を利用した化学修飾 (2008)
  • Author(s): 真鍋良幸、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] Enantio-differential Approach to the Receptor Protein of Bioactive Natural Product Controlling Plant-movement (2008)
  • Author(s): Y. Nakamura, R. Miyatake, S. Inomata, M. Ueda
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] コチレニンAの全合成研究 (2008)
  • Author(s): 庄司 満、熊谷忠浩、澤野卓大、白方 稔、福田哲也、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
  • Year and Date: 2008-03-26
• [Presentation] 生理活性天然物のエナンチオマー対を利用した植物生理現象のケミカルバイオロジー (2008)
  • Author(s): 上田 実
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
  • Year and Date: 2008-03-26
• [Presentation] エナンチオ・ディファレンシャル法によるジャスモン酸配糖体型就眠物質受容体タンパク質の生物有機化学 (2007)
  • Author(s): 中村葉子、宮武良至、猪俣 翔、清田洋正、上田 実
  • Organizer: 第49回天然物有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2007-09-19
• [Book] 植物の知恵-化学と生物学からのアプローチ- (2005)
  • Author(s): 上田 実
  • Total Pages: 220
  • Publisher: 大学教育出版