質量分析が可視化する植物ステロール代謝のダイナミクス

• Project/Area Number: 16J40073
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 一瀬(森川) 智美 九州大学, 大学院農学研究院, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 質量分析イメージング / グルコシノレート / 二次代謝物 / 質量分析 / イメージング / マトリックス / 植物ステロール / 代謝動態

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析イメージング（MALDI-MSI）により植物組織内におけるステロール群の代謝動態を直接的に捉えると共に、表現型や転写プロファイルの統合的解析により、ステロールが制御する生理機構を理解することを目的としている。MALDI-MSIでは組織における対象化合物の検出（イオン化）を補助する低分子化合物（マトリックス）の選定および塗布条件の選択が、実験結果に大きな影響を与える。また植物組織に対してMALDI-MSIを行う場合、動物組織とは違い凍結薄切片の作成が困難なため、組織調製法についての最適化が必要であると考えられた。そのため以下に示した実験を試みた。
1. 高感度かつ再現性の高いMALDI-MSI試料調製法の開発
MALDI-MSIではマトリックス塗布方法としてスプレーコーティング法と蒸着法が汎用されているが、両者は検出感度・再現性の面で長所、短所を有する。そこで従来の蒸着法に加えて組織上でのマトリックス再結晶化条件を最適化し、高感度かつ再現性の高いMALDI-MSI試料調整法を整備した。
2. シロイヌナズナ葉における代謝物分布解析
本課題の目的代謝物であるステロールの可視化には至らなかったが、病虫害に対する防御物質である複数種のグルコシノレート(GSL)の高感度可視化に成功した。さらに異なる生育条件下におけるGSL蓄積および分布の違いを確認し、同試料を用いたLC-MSによるGSL定量解析の結果、MALDI-MSIの結果と相反しない蓄積量の差異が認められた。また同試料におけるGSL生合成・分解に働く遺伝子発現解析と上述の代謝物分析の結果から新規のGSL代謝制御機構を見出した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Glucosinolate Distribution in the Aerial Parts of sel1-10, a Disruption Mutant of the Sulfate Transporter SULTR1;2, in Mature Arabidopsis thaliana Plants (2019)
  • Author(s): Morikawa-Ichinose Tomomi、Kim Sun-Ju、Allahham Alaa、Kawaguchi Ryota、Maruyama-Nakashita Akiko
  • Journal Title: Plants Volume: 8 Issue: 4 Pages: 95-95
  • DOI: 10.3390/plants8040095
  • NAID: 120007008022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Improvement of sensitivity and reproducibility for imaging of endogenous metabolites by matrix-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry. (2019)
  • Author(s): Morikawa-Ichinose T, Fujimura Y, Murayama F, Yamazaki Y, Yamamoto T, Wariishi H, Miura D.
  • Journal Title: J Am Soc Mass Spectrom. Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thymidine Kinase 1 Loss Confers Trifluridine Resistance without Affecting 5-Fluorouracil Metabolism and Cytotoxicity (2018)
  • Author(s): Edahiro Keitaro、Iimori Makoto、Kobunai Takashi、Morikawa-Ichinose Tomomi、Miura Daisuke、Kataoka Yuki、Niimi Shinichiro、Wakasa Takeshi、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Kitao Hiroyuki、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Molecular Cancer Research Volume: 16 Issue: 10 Pages: 1483-1490
  • DOI: 10.1158/1541-7786.mcr-17-0686
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of the oral adsorbent AST-120 on organ-specific accumulation of uremic toxins: LC-MS/MS and MS imaging techniques (2018)
  • Author(s): Emiko Sato, Daisuke Saigusa, Eikan Mishima, Taeko Uchida, Daisuke Miura, Tomomi Morikawa-Ichinose, Kiyomi Kisu, Akiyo Sekimoto, Ritsumi Saito, Yuji Oe, Yotaro Matsumoto, Yoshihisa Tomioka, Takefumi Mori, Nobuyuki Takahashi, Hirosi Sato, Takaaki Abe, Toshimitsu Niwa, and Sadayosi Ito
  • Journal Title: Toxins Volume: 10 Issue: 1 Pages: 19-33
  • DOI: 10.3390/toxins10010019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spatially resolved metabolic distribution for unraveling the physiological change and responses in tomato fruit using matrix-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry imaging (MALDI-MSI) (2017)
  • Author(s): Nakamura J, Morikawa-Ichinose T, Fujimura Y, Hayakawa E, Takahashi K, Ishii T, Miura D, and Wariishi H
  • Journal Title: Anal Bioanal Chem Volume: 409 Issue: 6 Pages: 1697-1706
  • DOI: 10.1007/s00216-016-0118-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 暗処理が引き起こすグルコシノレート量減少の分子機構 (2019)
  • Author(s): 一瀬智美・山崎雄三・三浦大典・金善州・丸山明子
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 光条件に応じたグルコシノレート代謝調節機能 (2019)
  • Author(s): 一瀬智美・山崎雄三・三浦大典・金善州・丸山明子
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] Regulation of glucosinolate metabolism by the light conditions in Arabidopsis leaf (2018)
  • Author(s): Ichinose T, Yamazaki Y, Miura D, Maruyama-Nakashita A
  • Organizer: 11th International Plant Sulfur Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高感度かつ再現性の高い代謝物局在解析を可能とする質量分析イメージングに向けた新たな試料調製法の開発 (2018)
  • Author(s): 一瀬智美・藤村由紀・山崎雄三・割石博之・三浦大典
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] 暗処理によるグルコシノレート量減少の分子機構 (2018)
  • Author(s): 一瀬智美・山崎雄三・三浦大典・丸山明子
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 再現性高く簡便かつ高感度な質量分析イメージング試料調製法の確立 (2017)
  • Author(s): 一瀬智美・村山布紗・藤村由紀・山崎雄三・割石博之・三浦大典
  • Organizer: 第65回質量分析総合討論会
• [Presentation] Visualization of glucosinolate distribution in the inner structure of the leaf by mass spectrometry imaging (2017)
  • Author(s): Ichinose T, Murayama F, Fujimura Y, Yamazaki Y, Wariishi H, Maruyama A, Miura D
  • Organizer: 65th ASMS Conference on Mass Spectrometry and allied topics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Establishment of convenient sample preparation method with high sensitivity and excellent reproducibility in mass spectrometry imaging of endogenous primary metabolites (2017)
  • Author(s): Ichinose T, Murayama F, Ishii T, Kawano C, Murayama A, Miki A, Fujimura Y, Yamazaki Y, Wariishi H, Miura D
  • Organizer: 65th ASMS Conference on Mass Spectrometry and allied topics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Visualization of glucosinolate distribution by mass spectrometry imaging (2017)
  • Author(s): Ichinose T, Yamazaki Y, Miura D, Maruyama-Nakashita A
  • Organizer: Plant Biology 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatial distribution of glucosinolates in the inner region of the Arabidopsis leaf (2017)
  • Author(s): Ichinose T, Yamazaki Y, Miura D, Maruyama-Nakashita A
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Visualization of glucosinolate distribution by mass spectrometry imaging in Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Ichinose T, Yamazaki Y, Miura D, Maruyama-Nakashita A
  • Organizer: International Symposium on Agricultural, Food, Environmental and Life Sciences in Asia, 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 質量分析イメージングによる葉組織内部におけるグルコシノレートの可視化 (2017)
  • Author(s): 一瀬智美・村山布紗・藤村由紀・山崎雄三・割石博之・三浦大典
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] 植物内在性代謝物の質量分析イメージングに向けたサンプル調製法の検討 (2016)
  • Author(s): 一瀬智美・藤村由紀・中家修一・山崎雄三・中村純也・早川英介・割石博之・三浦大典
  • Organizer: 第64回質量分析総合討論会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] 質量分析イメージングによる葉組織内部の代謝動態解析 (2016)
  • Author(s): 一瀬智美・村山布紗・藤村由紀・山崎雄三・割石博之・三浦大典
  • Organizer: 第10回メタボロームシンポジウム
  • Place of Presentation: 鶴岡
• [Presentation] 簡便高感度かつ再現性の高いMALDI-MSI試料調製法の確立 (2016)
  • Author(s): 村山布紗・一瀬智美・藤村由紀・山崎雄三・割石博之・三浦大典
  • Organizer: 第10回メタボロームシンポジウム
  • Place of Presentation: 鶴岡
• [Presentation] Optimal sample preparation method for visualizing global endogenous metabolites by mass spectrometry imaging in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): Ichinose T, Fujimura Y, Nakaya S, Yamazaki Y, Nakamura J, Hayakawa E, Wariishi H, and Miura D
  • Organizer: 64th ASMS Conference on Mass Spectrometry and allied topics
  • Place of Presentation: San Antonio, USA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Visualization of leaf glucosinolate distribution by mass spectrometry imaging in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): Ichinose T, Fujimura Y, Yamazaki Y, Nakamura J, Wariishi H, and Miura D.
  • Organizer: 13th International Symposium on P450 Biodiversity & Biotechnology
  • Place of Presentation: Vancouver, Canada
  • Int'l Joint Research