Development of selective chemical tool box useful for analyses of the ubiquitin ligase substrates

• Project Area: New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies
• Project/Area Number: 21H00270
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高岡 洋輔 東北大学, 理学研究科, 准教授 (80599762)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: ケミカルバイオロジー / ユビキチン / 植物ホルモン

Outline of Research at the Start

本研究では、これまでほとんど明らかにされてこなかった植物ホルモンを介したユビキチンバイオロジーについて、分子レベルで解析するための新規ケモテクノロジーを開発する。具体的には、植物ホルモン受容体のユビキチンリガーゼと基質タンパク質である転写リプレッサー間、およびリプレッサーと転写因子間の相互作用を制御する小分子・ペプチド型ケミカルツールを開発する。これらによって、ユビキチンリガーゼ基質が起こす複雑なタンパク質間相互作用のうち一部を誘導することで、ユビキチン化パターンの解析、およびその機能との相関関係を単純化し、明確にすることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、これまでほとんど明らかにされてこなかった植物ホルモンを介したユビキチンバイオロジーについて、分子レベルで解析するための新規ケモテクノロジーを開発することを目指した。植物の生理現象を司る植物ホルモンの多くは、ユビキチンリガーゼ類と転写リプレッサー(およびそれらの相互作用タンパク質)とのタンパク質間相互作用を誘起する分子糊として機能する。環境ストレス等に応じて植物ホルモンが産生されるとこれらの三者複合体が形成され、転写リプレッサーがユビキチン化されてプロテアソーム経由で分解を受け、これが引き金となって転写が開始され、様々な生理応答を引き起こすとされる。これまでに我々は、植物防御応答を制御するジャスモン酸に焦点を当て、ジャスモン酸受容体であるユビキチンリガーゼCOI1と、転写リプレッサーJAZ間のタンパク質間相互作用、並びにJAZが抑制する転写因子MYCとJAZとのタンパク質間相互作用など、さまざまなタンパク質間相互作用の解析法を確立してきた。本年度は、このジャスモン酸シグナル伝達とクロストークすることが知られているエチレンのシグナル伝達についても解析を行うとともに、それぞれの主要転写因子（MYCおよびEIN3）双方が、同じ転写メディエーターの同じドメインを介して活性化されることを実証した。さらにこれらの知見をもとに、MYCに選択的なケミカルツール開発に繋げ、現在複数の論文を執筆中である。これらの成果は、植物ホルモンシグナルにおける複雑なタンパク質間相互作用ネットワークの理解につながることが期待される。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] スペイン王立研究所(スペイン)
• [Int'l Joint Research] スペイン王立研究所(スペイン)
• [Journal Article] Subtype-selective agonists of plant hormone co-receptor COI1-JAZs identified from the stereoisomers of coronatine (2023)
  • Author(s): Hayashi Kengo、Kato Nobuki、Bashir Khurram、Nomoto Haruna、Nakayama Misuzu、Chini Andrea、Takahashi Satoshi、Saito Hiroaki、Watanabe Raku、Takaoka Yousuke、Tanaka Maho、Nagano Atsushi J.、Seki Motoaki、Solano Roberto、Ueda Minoru
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 6 Issue: 1 Pages: 320-320
  • DOI: 10.1038/s42003-023-04709-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genome Editing Reveals Both the Crucial Role of OsCOI2 in Jasmonate Signaling and the Functional Diversity of COI1 Homologs in Rice (2023)
  • Author(s): Inagaki Hideo、Hayashi Kengo、Takaoka Yousuke、Ito Hibiki、Fukumoto Yuki、Yajima-Nakagawa Ayaka、Chen Xi、Shimosato-Nonaka Miyuki、Hassett Emmi、Hatakeyama Kodai、Hirakuri Yuko、Ishitsuka Masanobu、Yumoto Emi、Sakazawa Tomoko、Asahina Masashi、Uchida Kenichi、Okada Kazunori、Yamane Hisakazu、Ueda Minoru、Miyamoto Koji
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 64 Issue: 4 Pages: 405
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac166
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Coordinately regulated transcription factors EIN3/EIL1 and MYCs in ethylene and jasmonate signaling interact with the same domain of MED25 (2022)
  • Author(s): Liu Ruiqi、Niimi Hikaru、Ueda Minoru、Takaoka Yousuke
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 86 Issue: 10 Pages: 1405-1412
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ジャスモン酸関連転写因子活性の化学制御の試み (2022)
  • Author(s): 高岡 洋輔, 上田 実
  • Journal Title: BSJ-Review（日本植物学会第85回大会シンポジウム特集号） Volume: 13B Pages: 71-78
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein?protein interactions between jasmonate-related master regulator MYC and transcriptional mediator MED25 depend on a short binding domain (2022)
  • Author(s): Takaoka Yousuke、Suzuki Kaho、Nozawa Akira、Takahashi Hirotaka、Sawasaki Tatsuya、Ueda Minoru
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 298 Issue: 1 Pages: 101504-101504
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101504
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extended JAZ degron sequence for plant hormone binding in jasmonate co-receptor of tomato SlCOI1-SlJAZ (2021)
  • Author(s): Saito Rina、Hayashi Kengo、Nomoto Haruna、Nakayama Misuzu、Takaoka Yousuke、Saito Hiroaki、Yamagami Souhei、Muto Toshiya、Ueda Minoru
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 13612-13612
  • DOI: 10.1038/s41598-021-93067-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ジャスモン酸シグナル伝達を化学制御するペプチド型ケミカルツールの開発 (2023)
  • Author(s): 高岡洋輔、劉 瑞琦、李 奇、鈴木華穂、上田 実
  • Organizer: 第64回日本植物生理学会年会 2023年3月15-17日 東北大学川内キャンパス（口頭発表）
• [Presentation] ペプチド型ケミカルツールによるジャスモン酸とエチレン間クロストークの化学制御 (2023)
  • Author(s): 高岡洋輔、劉 瑞琦、李 奇、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会 2023年3月22-25日 東京理科大学野田キャンパス（口頭発表）
• [Presentation] 植物ホルモン生合成中間体cis-OPDAの生物活性とその活性本体 (2023)
  • Author(s): 北島 紬、齊藤里菜、西里祐宇保、中山美涼、加藤信樹、高岡洋輔、吉松幸徳、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会 2023年3月22-25日 東京理科大学野田キャンパス（口頭発表）
• [Presentation] ジャスモン酸類と共受容体の結合における二段階結合モデルの示差走査蛍光測定による検証 (2023)
  • Author(s): 松本幸太郎、中山美涼、星野隼治、Wang Jianxin、加治拓哉、高岡洋輔、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会 2023年3月22-25日 東京理科大学野田キャンパス（口頭発表）
• [Presentation] ユビキチン化基質のステープル化による植物ホルモン関連転写因子制御 (2023)
  • Author(s): 高岡洋輔
  • Organizer: 日本農芸化学会2023年度広島大会 2023年3月14-16日 （招待公演、オンライン、シンポジウム「ケモテクノロジーが切り拓くユビキチン研究の新潮流」）
  • Invited
• [Presentation] Peptide-based chemical tools that regulate complex signaling of the plant hormone jasmonate, a ligand of E3 ubiquitin ligase (2022)
  • Author(s): Takaoka, Y., Liu, R., Li, Q., Suzuki, K., Ueda, M.
  • Organizer: The International Symposium in Tokyo 2022 Ubiquitin New Frontier 2022年12月3日- 4日 東京大学伊藤ホール（ポスター発表, 国際会議）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ペプチド型ケミカルツールによるジャスモン酸とエチレン間クロストークの化学制御 (2022)
  • Author(s): 高岡洋輔、劉 瑞琦、李 奇、鈴木華穂、上田 実
  • Organizer: 植物化学調節学会第57回大会 2022年11月25-27日 福井県立大学永平寺キャンパス（福井県吉田郡永平寺町）（ポスター発表）
• [Presentation] cis-OPDAの活性本体はそのOPR3非依存的代謝経路の生成物である (2022)
  • Author(s): 西里祐宇保、齊藤里菜、中山美涼、加藤信樹、北島 紬、高岡洋輔、吉松幸徳、上田 実
  • Organizer: 植物化学調節学会第57回大会 2022年11月25日-27日 福井県立大学永平寺キャンパス（福井県吉田郡永平寺町）（ポスター発表）
• [Presentation] Analyses and regulation of PPI caused by phytohormone-related transcription factors with peptide-based chemical tool (2022)
  • Author(s): Takaoka, Y., Liu, R., Li, Q., Suzuki, K., Ueda, M.
  • Organizer: 第59回ペプチド討論会 2022年10月26日-10月28日 トークネットホール仙台（仙台市民会館）（口頭発表）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エチレンおよびジャスモン酸関連転写因子のクロストーク機構の解析と化学制御 (2022)
  • Author(s): 高岡洋輔、劉瑞琦、鈴木華穂、上田 実
  • Organizer: 第16回バイオ関連化学シンポジウム 2022年9月10日-9月12日 名古屋大学（口頭発表）
• [Presentation] ジャスモン酸関連転写因子PPIネットワークの解析と制御 (2022)
  • Author(s): 高岡洋輔、鈴木華穂、新美 輝、上田 実
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第16回年会 2022年5月30日-6月1日 富山国際会議場（富山県富山市）（ポスター発表）
• [Presentation] トマトのアルカロイド生合成を活性化する分子ジャスモン酸イソロイシンラクトン (2022)
  • Author(s): 齊藤里菜、加治拓哉、安部 洋、山神壮平、高岡洋輔、上田 実
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第16回年会 2022年5月30日-6月1日 富山国際会議場（富山県富山市）（ポスター発表）
• [Presentation] 植物ホルモン-受容体相互作用に寄与する拡張デグロン配列の同定 (2022)
  • Author(s): 中山美涼、齊藤里菜、林 謙吾、野本春菜、高岡洋輔、齋藤大明、山神壮平、武藤俊哉、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] JAZ-GFP発現植物の調整とジャスモン酸類縁体の活性評価系構築 (2022)
  • Author(s): 星川光瑠、小崎 航、西里祐宇保、高岡洋輔、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 植物ホルモンと独立に機能する生物活性物質cis-OPDA-Ile (2022)
  • Author(s): 齊藤里菜、中山美涼、加藤信樹、西里祐宇保、高岡洋輔、吉松幸徳、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] ジャスモン酸関連転写因子が引き起こすタンパク質間相互作用の解析と制御 (2022)
  • Author(s): 高岡洋輔、鈴木華穂、上田 実
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] コロナチン立体異性体フォーカスドライブラリーを用いたジャスモン酸受容体サブタイプ選択的リガンドの開発 (2022)
  • Author(s): 林 謙吾、加藤信樹、野本春菜、中山美涼、Khurram Bashir、Andrea Chini、高橋聡史、齋藤大明、渡部 楽、高岡洋輔、田中真帆、永野 惇、関 原明、Roberto Solano、上田 実
  • Organizer: 日本農芸化学会2022年度大会
• [Presentation] Chemical tuning of target selectivity by using stereochemical library of a natural product coronatine (2021)
  • Author(s): Kengo Hayashi, Nobuki Kato, Raku Watanabe, Yousuke Takaoka, Haruna Nomoto, Misuzu Nakayama, Saki Miyagawa, Koji Miyamoto, Hideo Inagaki, Kazunori Okada, Takuya Kaji, Minoru Ueda
  • Organizer: Pacifichem2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stereochemical library of a natural product coronatine: selective activation of bacterial defense by a subtype selective stereoisomer (2021)
  • Author(s): Misuzu Nakayama, Kengo Hayashi, Haruna Nomoto, Takuya Kaji, Yousuke Takaoka, Minoru Ued
  • Organizer: Pacifichem2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stereochemical library of a natural product coronatine: Scalable synthesis of coronatine stereoisomers and receptor binding assay (2021)
  • Author(s): Haruna Nomoto, Kengo Hayashi, Saki Miyagawa, Misuzu Nakayama, Nobuki Kato, Takuya Kaji, Yousuke Takaoka, Minoru Ueda
  • Organizer: Pacifichem2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] JA-Ile-macrolactone, an artificial regulator of plant hormone response (2021)
  • Author(s): Rina Saito, Sohei Yamagami, Hiroshi Abe, Takuya Kaji, Yousuke Takaoka, Minoru Ueda
  • Organizer: Pacifichem2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Peptide-based chemical tools for the functional analyses of jasmonate-related transcriptional factors in planta (2021)
  • Author(s): Yousuke Takaoka, Kaho Suzuki, Minoru Ueda
  • Organizer: Pacifichem2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] トマトにおける植物ホルモン－受容体相互作用に寄与する拡張デグロン配列の同定 (2021)
  • Author(s): 中山美涼、齊藤里菜、林 謙吾、野本春菜、高岡洋輔、齋藤大明、山神壮平、武藤俊哉、上田 実
  • Organizer: 植物化学調節学会第56回大会
• [Presentation] ジャスモン酸イソロイシンラクトンによるアルカロイド生産活性化 (2021)
  • Author(s): 齊藤里菜、 加治拓哉、 安部 洋、 山神壮平、 高岡洋輔、上田 実
  • Organizer: 植物化学調節学会第56回大会
• [Presentation] 植物転写因子ネットワークの化学的調節への挑戦 (2021)
  • Author(s): 高岡洋輔
  • Organizer: 第44回星薬科大学大学院研究科助手会・大学院自治会 合同公開セミナー
  • Invited
• [Presentation] Development of a stapled peptide-based inhibitor for Jasmonate-related transcription factors (2021)
  • Author(s): 高岡洋輔
  • Organizer: 日本化学会東北支部 令和３年度化学系学協会東北大会
  • Invited
• [Presentation] ジャスモン酸関連転写因子活性の化学制御 (2021)
  • Author(s): 高岡洋輔
  • Organizer: 日本植物学会第85回大会
  • Invited
• [Presentation] ジャスモン酸イソロイシンラクトンによる植物アルカロイド生産活性化 (2021)
  • Author(s): 齊藤里菜、 加治拓哉、 安部 洋、 山神壮平、 高岡洋輔、上田 実
  • Organizer: 第63回天然有機化合物討論会
• [Presentation] 植物ホルモン－受容体相互作用に寄与する拡張デグロン配列の同定 (2021)
  • Author(s): 中山美涼、齊藤里菜、林 謙吾、野本春菜、高岡洋輔、齋藤大明、山神壮平、武藤俊哉、上田 実
  • Organizer: 第14回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] ジャスモン酸関連転写因子選択的なステープルペプチド阻害剤の開発 (2021)
  • Author(s): 高岡洋輔、鈴木華穂、上田 実
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第15回年会
• [Presentation] コロナチン立体異性体ライブラリーを用いた植物ホルモン受容体サブタイプ選択的リガンドのスクリーニング (2021)
  • Author(s): 林 謙吾、加藤信樹、野本春菜、中山美涼、齊藤里菜、渡部 楽、高岡洋輔、加治拓哉、Khurram Bashir、高橋聡史、田中真帆、関 原明、永野 惇、宮本皓司、岡田憲典、上田 実
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第15回年会
• [Remarks] 有機化学第一研究室
  • URL: https://orgchem1.chem.tohoku.ac.jp/
• [Remarks] 東北大学大学院理学研究科化学専攻 有機化学第一研究室ホームページ
  • URL: http://www.orgchem1.chem.tohoku.ac.jp/orgchem1/Home.html