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

• 研究課題/領域番号: 15681013
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物分子科学
• 研究機関: 東北大学 (2004-2005); 慶應義塾大学 (2003)
• 研究代表者: 上田 実 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60265931)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 27,690千円 (直接経費: 21,300千円、間接経費: 6,390千円); 2005年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2004年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2003年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
• キーワード: 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

研究概要

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。

研究成果

• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakamura, et al.
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 47(印刷中)
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 上里, 他
  • 雑誌名: 有機合成化学協会誌 64 ページ: 117-129
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: E.Kato, et al.
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 46 ページ: 4865-4869
• [雑誌論文] Direct Observation of a Tar get Cell of Leaf-closing Factor by Using Novel Fluorescence-labeled Phyllanthurinolactone, (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Sato, et al.
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett 46 ページ: 5537-5541
• [雑誌論文] Detection of 210 kDa and 180 kDa Proteins for a Leaf-Movement Factor by Using Novel Photoaffinity Probes (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Fujii, et al.
  • 雑誌名: Tetrahedron, 61 ページ: 7874-7893
• [雑誌論文] ハエトリソウの「記憶」物質を追って (2005)
  • 著者名/発表者名: 上田, 他
  • 雑誌名: 現代化学(5月号) ページ: 52-57
  • NAID: 40006720600
• [雑誌論文] Enantioselective synthesis of Phyllanthurinolactone and its analogs towards the development of molecular probes (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Urakawa, T.Sugimoto, T.Sato, M.Ueda
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 45巻 ページ: 5885-5888
• [雑誌論文] Detection of Potential Membrane Receptor Proteins Concerning Circadian Rhythmic Leaf Movement of Legumes Using (2004)
  • 著者名/発表者名: E.Sugimoto, T.Fujii, Y.Idutu, S.Yamamura, M.Ueda
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 45巻 ページ: 335-338
• [雑誌論文] Mechanism of Antifeedant Activity of Plumbagin, a Compound Concerning the Chemical Defense in the Carnivorous (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Tokunaga, N.Takada, A.M.Ueda
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 45巻 ページ: 7115-7119
• [雑誌論文] Biomimetic Synthesis of a leaf-opening Factor, Potassium Lespedezate, by Direct Formation of Enol-glycoside (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Sugimoto, M.Ueda
  • 雑誌名: Chemistry Letters 33巻 ページ: 976-977
• [雑誌論文] Cytotoxic Antifeedant from Dionea muscipura Ellis : a Defensive Mechanism of Carnivorous Plant against Predators (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Tokunaga, A.Dohmura, N.Takada, M.Ueda
  • 雑誌名: Bull.Chem.Soc.Jpn. 77巻 ページ: 537-541
• [雑誌論文] Mechanism of asymmetric decarboxylation of α-aryl-α-methymalonate catalyzed by arylmalonate decarboxylase. (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Matoishi, M.Ueda, H.Ohta
  • 雑誌名: Molecular Catalysis B : Enzymatic. 27巻 ページ: 161-168
• [図書] 植物の知恵-化学と生物学からのアプローチ- (2005)
  • 著者名/発表者名: 上田 実
  • 総ページ数: 220
  • 出版者: 大学教育出版
• [文献書誌] 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).
• [文献書誌] 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).
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)