生殖過程の転写制御を担う鍵ホルダー分子DELLAと転写因子の複合体構造基盤解析

• Project Area: Determining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction
• Project/Area Number: 17H05835
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 宮川 拓也 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (50596559)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000); Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2017: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 植物 / 花成誘導 / 転写因子 / X線結晶構造解析 / 蛋白質間相互作用

Outline of Annual Research Achievements

植物ホルモンのジベレリン（GA）は、植物細胞の伸長制御に機能するだけでなく、植物の有性生殖に必須な栄養成長から生殖成長への相転換、性決定、花粉管の伸長等の生殖過程の制御においても決定的な役割を果たしており、細胞内GA濃度と連動したDELLAと各転写因子の複合体形成・解除がGAによる生殖過程の制御を説明する上で重要なイベントであるといえる。本研究では、DELLAが多様な転写因子との相互作用を介してどのように花成の誘導に機能するのか、その構造基盤を解析することでGAによる生殖過程の転写制御の「鍵と鍵穴」の仕組みを理解することを目的としている。
AlphaScreenを用いた分子間相互作用解析によりDELLAと相互作用する因子として、花分裂組織の形成と発達を制御するC2C2型zinc fingerファミリー転写因子に加え、ヒストン修飾酵素複合体の構成因子が見出された。これにより、DELLAによる花成誘導に係る遺伝子の転写制御機構としてエピゲノム調節が示唆された。また、ブラシノステロイド（BR）は葯・花粉の発達に関わる遺伝子等の転写調節に機能することから、DELLAと複合体を形成するBRシグナル伝達のマスター転写因子（BZR転写因子）について解析を進め、標的DNAとの複合体構造を決定した。その結果、BZR転写因子が塩基認識残基から離れた二量体形成領域においてbHLH転写因子と異なる構造をもつことで、塩基認識残基とDNAの塩基との適合度を緩めるという、DNA配列認識における新たな鍵と鍵穴の形成機構を明らかにした。

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] Triazole Ureas Covalently Bind to Strigolactone Receptor and Antagonize Strigolactone Responses (2019)
  • Author(s): Nakamura Hidemitsu、Hirabayashi Kei、Miyakawa Takuya、Kikuzato Ko、Hu Wenqian、Xu Yuqun、Jiang Kai、Takahashi Ikuo、Niiyama Ruri、Dohmae Naoshi、Tanokura Masaru、Asami Tadao
  • Journal Title: Molecular Plant Volume: 12 Issue: 1 Pages: 44-58
  • DOI: 10.1016/j.molp.2018.10.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural basis for brassinosteroid response by BIL1/BZR1 (2018)
  • Author(s): Nosaki Shohei、Miyakawa Takuya、Xu Yuqun、Nakamura Akira、Hirabayashi Kei、Asami Tadao、Nakano Takeshi、Tanokura Masaru
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 4 Issue: 10 Pages: 771-776
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0255-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural analysis of HTL and D14 proteins reveals the basis for ligand selectivity in Striga (2018)
  • Author(s): Xu Yuqun、Miyakawa Takuya、Nosaki Shohei、Nakamura Akira、Lyu Ying、Nakamura Hidemitsu、Ohto Umeharu、Ishida Hanako、Shimizu Toshiyuki、Asami Tadao、Tanokura Masaru
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 3947-3947
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06452-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rationally Designed Strigolactone Analogs as Antagonists of the D14 Receptor (2018)
  • Author(s): Takeuchi Jun、Jiang Kai、Hirabayashi Kei、Imamura Yusaku、Wu Yashan、Xu Yuqun、Miyakawa Takuya、Nakamura Hidemitsu、Tanokura Masaru、Asami Tadao
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 59 Issue: 8 Pages: 1545-1554
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy087
  • NAID: 120006549589
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for controlling the enzymatic properties of polymannuronate preferred alginate lyase FlAlyA from the PL-7 family (2018)
  • Author(s): Qin H, Miyakawa T, Inoue A, Nishiyama R, Nakamura A, Asano A, Ojima T, Tanokura M
  • Journal Title: Chem Commun Volume: 54 Issue: 5 Pages: 555-558
  • DOI: 10.1039/c7cc06523j
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Engineering a short-chain dehydrogenase/reductase for the stereoselective production of (2S,3R,4S)-4-hydroxyisoleucine with three asymmetric centers (2017)
  • Author(s): Shi X, Miyakawa T, Nakamura A, Hou F, Hibi M, Ogawa J, Kwon Y, Tanokura M
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 7 Issue: 1 Pages: 13703-13703
  • DOI: 10.1038/s41598-017-13978-w
  • NAID: 120006940298
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural basis for the regulation of phytohormone receptors (2017)
  • Author(s): Miyakawa T, Tanokura M
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 81 Issue: 7 Pages: 1261-1273
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1313696
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 分子機能解明に向けた構造生命科学の統合アプローチ (2019)
  • Author(s): 宮川拓也, 田之倉 優
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] Comprehensive structural studies reveal the evolution of strigolactone/karrikin selectivity of HTL and D14 in Striga (2018)
  • Author(s): Xu Y, Miyakawa T, Nosaki S, Nakamura A, Lyu Y, Nakamura H, Asami T, Tanokura M
  • Organizer: Asian Crystallographic Association Conference (AsCA 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural basis for the regulation by novel chemical compounds involved in strigolactone signaling (2018)
  • Author(s): Hirabayashi K, Miyakawa T, Xu Y, Nakamura H, Kikuzato K, Hu W, Jiang K, Asami T, Tanokura M
  • Organizer: Asian Crystallographic Association Conference (AsCA 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物ホルモン・ストリゴラクトン情報伝達系を制御する新規薬剤の開発と作用機構 (2018)
  • Author(s): 平林 佳, 宮川拓也, 徐 玉群, 中村英光, 喜久里 貢, 胡 文倩, 姜 凱, 浅見忠男, 田之倉 優
  • Organizer: 日本結晶学会平成30年度年会
• [Presentation] ブラシノステロイド情報伝達におけるマスター転写因子BIL1/BZR1のDNA結合特異性の構造基盤 (2018)
  • Author(s): 野﨑翔平, 宮川拓也, 徐 玉群, 中村 顕, 平林 佳, 浅見忠男, 中野雄司, 田之倉 優
  • Organizer: 植物化学調節学会第53回大会
• [Presentation] 寄生植物Striga hermonthica由来HTL/KAI2タンパク質群の構造機能解析 (2018)
  • Author(s): 徐 玉群, 宮川拓也, 野崎翔平, 中村 顕, 呂 瑩, 中村英光, 浅見忠男, 田之倉 優
  • Organizer: 植物化学調節学会第53回大会
• [Presentation] 植物特異的なBZR転写因子ファミリーのDNA結合特異性の構造基盤 (2018)
  • Author(s): 野﨑翔平, 宮川拓也, 徐 玉群, 中村 顕, 平林 佳, 浅見忠男, 中野雄司, 田之倉 優
  • Organizer: 日本農芸化学関東支部2018年度大会
• [Presentation] ストリゴラクトン情報伝達系における新規制御剤作用機構の構造基盤 (2018)
  • Author(s): 平林 佳, 宮川拓也, 徐 玉群, 中村英光, 喜久里 貢, 胡 文倩, 姜 凱, 浅見忠男, 田之倉 優
  • Organizer: 第91回日本生化学会年会
• [Presentation] X線結晶構造解析に基づいた構造生物学の統合アプローチ (2018)
  • Author(s): 宮川拓也, 田之倉優
  • Organizer: 第27回日本バイオイメージング学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] アセチル化偽装変異体によるIDH2の活性調節機構の構造学的解析 (2017)
  • Author(s): 宮川拓也、徐玉群、劉凌ウェン、中村顕、染谷慎一、田之倉優
  • Organizer: 第26回日本バイオイメージング学会