ゲノム生物学との融合を目指したマメ科植物就眠運動の生物分子科学

• Project/Area Number: 15681013
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Living organism molecular science
• Research Institution: Tohoku University (2004-2005); Keio University (2003)
• Principal Investigator: 上田 実 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60265931)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥27,690,000 (Direct Cost: ¥21,300,000、Indirect Cost: ¥6,390,000); Fiscal Year 2005: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2004: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2003: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000)
• Keywords: β-glucosidase / グルコノアミジン / イソレスペデジン酸 / 就眠運動 / ナノスケール観察 / ミヤコグサ / 覚醒物質 / マメ科植物 / 生物時計 / 就眠物質 / 受容体 / 分子プローブ / 光親和性プローブ

Research Abstract

就眠・覚醒物質の濃度バランスは配糖体型活性物質のβ-glucosidaseによる分解により制御されており、就眠運動に関する研究を生物時計へと展開していくためには、本酵素の精製・クローニングが重要である。阻害活性が高いグルコノアミジン骨格に覚醒物質イソレスペデジン酸のアグリコン部を導入したグルコノアミジン型阻害剤を合成し、これをリガンドとしたアフィニティークロマトによる目的酵素の精製を計画した。無保護チオノラクタムをNBSにより活性化する簡便な新規アミジン合成法の開発により、グルコノアミジン型覚醒物質の合成に成功した^<1)>。これをリガンドとしたアフィニティーゲルを合成し、粗酵素溶液の精製を行ったところ、1M D-グルコース溶出画分は強いβ-glucosidase活性を示し、SDS-PAGEでほぼ単一なバンドを与えた。
また、光親和性基および抗原となるFITCを導入した電子顕微鏡観察用プローブ(EMプローブ)を開発した。EMプローブ分子中には、光親和性基ベンゾフェノンの光励起によって影響を受けないFITC基を抗原として導入した。これを用いて、昨年度、同定に成功した活性物質受容体(210&180kDa)が、運動細胞原形質膜状に存在することをナノメートルスケールで直接観察することに成功した。これによって、活性物質の生体内ダイナミズムに関する重要な知見が得られた。
また、マメ科モデル植物としてゲノム情報の解析が進むミヤコグサについて活性物質の探索を行った。再現性の良い生物検定法の開発に成功し、これを指標に、採集したミヤコグサ15kgから覚醒活性を示す物質を分離した。活性物質は^1H NMRからポリヒドロキシ化合物と推定されたが、現在のところ構造決定には至っていない。

Research Products

• [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): 上里, 他
  • Journal Title: 有機合成化学協会誌 64 Pages: 117-129
• [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 Tar get 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 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 (2004)
  • Author(s): E.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 (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
• [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
• [Publications] T.Sugimoto, T.Fujii, Y.Idutu, S.Yamamura, M.Ueda: "Detection of Potential Membrane Receptor Proteins Concerning Circadian Rhythmic Leaf Movement of Legumes Using Novel Photoaffinity Probe Compounds"Tetrahedron Letters. (印刷中).
• [Publications] T.Tokunaga, A.Dohmura, N.Takada, M.Ueda: "Cytotoxic Antifeedant from Dionea muscipura Ellis : a Defensive Mechanism of Carnivorous Plant against Predators"Bull.Chem.Soc.Jpn.. (印刷中).
• [Publications] H.Nagano, E.Kato, S.Yamamura, M.Ueda: "Fluorescence Studies on Nyctinasty that suggests the Existence of a Genus-Specific Receptor for the Leaf-movement Factor"Organic&Biomolecular Chemistry. 1巻. 3186-3192 (2003)
• [Publications] H.Nagano, E.Kato, S.Yamamura, M.Ueda: "Fluorescence Studies on Nyctinasty Using Fluorescence Labeled cis-p-Coumaroylagmatine, a Leaf-opening Substance of Albizzia Plants"Tetrahedron Lett. 44巻. 2953-2956 (2003)
• [Publications] T.Fujii, T.Sugimoto, S.Yamamura, M.Ueda: "Synthesis of a Novel Bioactive Photoaffinity Probe Based on a Leaf-movement Factor with Potential High Binding Affinity to Its Receptor Molecule"Tetrahedron Lett. 44巻. 2497-2499 (2003)
• [Publications] E.Kato, H.Nagano, S.Yamamura, M.Ueda: "Synthetic Inhibitor of Leaf-closure Designed on the Chemical Mechanism of Leaf-movement"Tetrahedron. 59巻. 5909-5917 (2003)