2019 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Chemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems |
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| Project/Area Number |
17H06350
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
萩原 伸也 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (80373348)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 植物ケミカルバイオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サイトカイニンは、オーキシンと並んで植物の成長を制御する重要な植物ホルモンである。特に茎頂や根端の分裂組織の形成と維持に関わることが知られている。農業利用としては、温州みかんやリンゴの側芽の生長促進に用いられる。また、稲穂の分岐と穀粒形成に関連していることから、サイトカイニンシグナルの人工調節は穀物生産への応用も期待される。一方、サイトカイニンを過剰に投与すると植物の生長に異常をきたすため、器官特異的に受容を制御する技術の開発が望まれている。
サイトカイニンの受容体はキナーゼ活性をもつ膜タンパク質で、シロイヌナズナで3種類（AHK2, AHK3, AHK4）のホモログが見つかっている。このうちAHK4について、サイトカイニンとの複合体の結晶構造解析が為されている(Hothon et al, 2011)。AHK4の構造変化を伴う複合体形成において、アスパラギン酸（D262）ーサイトカイニンーロイシン（L284）の水素結合ネットワークが重要であることがわかっている。本研究では、このネットワーク損なわないように、新たなリガンドー受容体ペアを設計した。具体的にはバリン（V248）をグリシンに改変することで受容体のポケットを拡大し、この空間を埋めるようサイトカイニンに置換基を導入した。その結果、大腸菌を用いたアッセイ系において、設計した人工サイトカイニンと改変受容体のペアが機能することが確かめられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画にはなかったauxin induced degradation (AID)法への新たな展開が見えてきている。TIR１のオーキシンへの結合は、さらに特定の配列を有するペプチド（デグロン）をもつタンパク質とTIR１との複合体形成を誘起し、そのユビキチン化を引き起こす。この植物特有の仕組みを他の生物種に導入することで、デグロン配列を導入した標的タンパク質を望みのタイミングで分解する手法（AID法）が、酵母、線虫、ヒト培養細胞などで幅広く用いられている。この方法の欠点の一つは、非常に高濃度（数百uM～mM）のオーキシンを投与する必要がある点で、これが動物個体レベルへの応用の妨げとなっている。これに対し、我々の開発した 凹TIR1-凸オーキシンペアは、１万倍低い濃度でデグロンとの複合体形成を誘起することができ、AID法の広範な生物への応用を実現する画期的ツールになることが期待される。現在、こうした応用展開を海外および国内の研究グループと共同で進めており、有望な成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
デグロンをもつタンパク質群をオーキシン依存的に分解する仕組みは広く植物で保存されているため、これまでAID法を植物に適用することは不可能であった。この課題を解決するため、我々はデグロン配列とTIR１のデグロン認識部位に凸凹法を適用し、植物に内在するデグロンーTIR１とは直交的にはたらく凸デグロンー凹TIR１ペアを構築した。この凹TIR１をさらに凸オーキシンが結合するように改変した凹凹TIR１は、凸オーキシンの存在下で凸デグロンとの相互作用が誘起された。この凹凹TIR１―凸オーキシンー凸デグロン系は植物内でも利用可能なAID法として期待される。
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Research Products
(1 results)
