植物におけるプレニル化ポリフェノール代謝の総合理解

• 研究課題/領域番号: 16H03282
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物分子化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 矢崎 一史 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (00191099)
• 研究分担者: 水谷 公彦 京都大学, 農学研究科, 助教 (40314281)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2018年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2016年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
• キーワード: 生合成 / プレニル化 / ポリフェノール / 膜結合型酵素 / 酵素 / 植物 / 蛋白質 / 生体分子 / 蛋白

研究成果の概要

プレニル化フェノールは、生理活性物質として従前約1,000種が同定されているが、その生合成酵素に関しては未だ不明な点が多い。本研究では、膜結合型プレニル化酵素の結晶化に向け、取得した８植物科に渡る29個の遺伝子を用い、N-末端並びC-末端にGFP-Hisタグを付加した58種のコンストラクトを作成し、蛋白質発現、可溶化、アフィニティー精製のスクリーニングに供した。その結果、GFP蛍光が認められたものが９種、可溶化ができたものが４種、Ni-NTAにより精製までできたものが２種類であった。
並行して、古細菌の酵素の結晶構造を基にモデリングを行い、生化学データに裏打ちされた３次元構造の構築を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

プレニル化フェノールは、薬学、農学、食品科学の分野で注目される天然有機化合物で、多くは薬用植物から単離同定され、これまでに約1,000種の構造が明らかになっている。一方、その生合成のカギを握るプレニル基転移酵素は、膜結合型でその全体像には不明な点が多い。そこで本研究では、８科に渡る植物から２９種の同酵素遺伝子を単離し、大量発現を試みた。この酵素の機能を分子レベルで知ることは、人の健康にメリットのある天然物の安定供給につながると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Universite de Lorraine(フランス)
• [国際共同研究] University of Lorraine/Laboratoire Agronomie et Environnement/Nancy-Colmar(フランス)
• [国際共同研究] University of Lorraine/Laboratoire Agronomie et Environnement(フランス)
• [国際共同研究] Leibniz Institute of Plant Biochemistry/Bioorganic Chemistry(ドイツ)
• [雑誌論文] Uptake of adenine by purine permeases of Coffea canephora (2019)
  • 著者名/発表者名: Kakegawa Hirofumi、Shitan Nobukazu、Kusano Hiroaki、Ogita Shinjiro、Yazaki Kazufumi、Sugiyama Akifumi
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 1300-1305
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1606698
  • NAID: 120006796496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative multi-omics analysis reveals diverse latex-based defense strategies against pests among latex-producing organs of the fig tree (Ficus carica) (2018)
  • 著者名/発表者名: Kitajima Sakihito、Aoki Wataru、Shibata Daisuke、Nakajima Daisuke、Sakurai Nozomu、Yazaki Kazufumi、Munakata Ryosuke、Taira Toki、Kobayashi Masaru、Aburaya Shunsuke、Savadogo Eric Hyrmeya、Hibino Susumu、Yano Haruna
  • 雑誌名: Planta 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1423-1438
  • DOI: 10.1007/s00425-018-2880-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Aromatic Farnesyltransferase Functions in Biosynthesis of the Anti-HIV Meroterpenoid Daurichromenic Acid (2018)
  • 著者名/発表者名: Saeki Haruna、Hara Ryota、Takahashi Hironobu、Iijima Miu、Munakata Ryosuke、Kenmoku Hiromichi、Fuku Kazuma、Sekihara Ai、Yasuno Yoko、Shinada Tetsuro、Ueda Daijiro、Nishi Tomoyuki、Sato Tsutomu、Asakawa Yoshinori、Kurosaki Fumiya、Yazaki Kazufumi、Taura Futoshi
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 178 号: 2 ページ: 535-551
  • DOI: 10.1104/pp.18.00655
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative Proteomic Analysis of Lithospermum erythrorhizon Reveals Regulation of a Variety of Metabolic Enzymes Leading to Comprehensive Understanding of the Shikonin Biosynthetic Pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Takanashi Kojiro、Nakagawa Yukimi、Aburaya Shunsuke、Kaminade Kenta、Aoki Wataru、Saida-Munakata Yuka、Sugiyama Akifumi、Ueda Mitsuyoshi、Yazaki Kazufumi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 1 ページ: 19-28
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy183
  • 査読あり
• [雑誌論文] Establishment of a modified CRISPR/Cas9 system with increased mutagenesis frequency using the translational enhancer dMac3 and multiple guide RNAs in potato (2018)
  • 著者名/発表者名: Kusano Hiroaki、Ohnuma Mariko、Mutsuro-Aoki Hiromi、Asahi Takahiro、Ichinosawa Dai、Onodera Hitomi、Asano Kenji、Noda Takahiro、Horie Takaaki、Fukumoto Kou、Kihira Miho、Teramura Hiroshi、Yazaki Kazufumi、Umemoto Naoyuki、Muranaka Toshiya、Shimada Hiroaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 13753-13753
  • DOI: 10.1038/s41598-018-32049-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Soyasaponins, a new class of root exudates in soybean (Glycine max) (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuno, Y., Fujimatsu, T., Endo, K., Sugiyama, A., Yazaki, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 59 号: 2 ページ: 366-375
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx192
  • 査読あり
• [雑誌論文] “Hidden” terpenoids in plants: their biosynthesis, localisation and ecological roles (2017)
  • 著者名/発表者名: Yazaki K., Arimura G., Ohnishi T.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 58 号: 10 ページ: 1615-1621
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx123
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification and Characterization of Daurichromenic Acid Synthase Active in Anti-HIV Biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Iijima Miu、Munakata Ryosuke、Takahashi Hironobu、Kenmoku Hiromichi、Nakagawa Ryuichi、Kodama Takeshi、Asakawa Yoshinori、Abe Ikuro、Yazaki Kazufumi、Kurosaki Fumiya、Taura Futoshi
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 174 号: 4 ページ: 2213-2230
  • DOI: 10.1104/pp.17.00586
  • 査読あり
• [雑誌論文] <i>Lithospermum erythrorhizon</i> cell cultures: Present and future aspects (2017)
  • 著者名/発表者名: Yazaki, K.
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 34 号: 3 ページ: 131-142
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.17.0823a
  • NAID: 130006124650
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物における高機能性ポリフェノールの生合成と蓄積 (2016)
  • 著者名/発表者名: 矢崎一史
  • 雑誌名: 日本ポリフェノール学会誌 巻: 5 ページ: 15-21
  • NAID: 40020927346
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular evolution of parsnip membrane-bound prenyltransferases for linear and/or angular furanocoumarin biosynthesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Munakata Ryosuke, Olry Alexandre, Karamat Fazeelat, Courdavault Vincent, Sugiyama Akifumi, Date Yoshiaki, Krieger Celia, Silie Prisca, Foureau Emilien, Papon Nicolas, Grosjean Jeremy, Yazaki Kazufumi, Bourgaud Frederic and Hehn Alain
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 未定 号: 1 ページ: 332-344
  • DOI: 10.1111/nph.13899
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 植物の特異的スマートセルとその制御戦略 (2018)
  • 著者名/発表者名: 矢崎一史
  • 学会等名: 関西スマートセルフォーラム2018
  • 招待講演
• [学会発表] 脂溶性物質のアポプラスト集積に関わる生物学的イベント (2018)
  • 著者名/発表者名: 矢崎一史
  • 学会等名: 第36回日本植物細胞分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] Shikonin production of Lithospermum erythrorhizon, a model system of secondary metabolic lipids in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazufumi Yazaki
  • 学会等名: The 23rd International Symposium on Plant Lipids (ISPL) 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] キク科カワラヨモギにおけるフェニルプロパノイド特異的プレニル化酵素のcDNA単離と機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹村 知陽、棟方 涼介、杉山 暁史、鈴木 秀幸、關 光、村中 俊哉、山浦 高夫、矢崎 一史
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島市
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Characterization of Geranyl Diphosphate Synthase (GPPS) in Lithospermum erythrorhizon (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueoka, H., Miyawaki, T., Sasaki, K., Ichino, T., Yamamoto, K., Ohara, K., Sakurai, N., Suzuki, H., Shibata, D., Yazaki, K.
  • 学会等名: JSBBA KANSAI 4th Student Forum
  • 国際学会
• [学会発表] Functional analysis of geranyl diphosphate synthase localized in cytosol in Lithospermum erythrorhizon (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueoka, H., Miyawaki, T., Sasaki, K., Ichino, T., Yamamoto, K., Ohara, K., Sakurai, N., Suzuki, H., Shibata, D., Yazaki, K.
  • 学会等名: The 2nd Asia Research Node Symposium on Humanosphere Science
  • 国際学会
• [学会発表] ホップのリナロール／ネロリドール合成酵素の 機能解析と分子進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 影山丈士、杉村哲、棟方涼介、百瀬眞幸、梅基直行、小原一朗、三沢典彦、新藤一敏、矢崎一史
  • 学会等名: 第35回日本植物細胞分子生物学会年会
• [学会発表] カワラヨモギのフェニルプロパン特異的プレニル化酵素は連続的プレニル化を触媒する (2017)
  • 著者名/発表者名: 棟方涼介、竹村知陽、杉山暁史、鈴木秀幸、關 光、村中俊哉、河野典明、吉松嘉代、河原信雄、山浦高夫、Alain Hehn、矢崎一史
  • 学会等名: 第35回日本植物細胞分子生物学会年会
• [学会発表] カワラヨモギにおけるフェニルプロパノイドのプレニル化酵素遺伝子の機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹村 知陽、棟方 涼介、杉山 暁史、鈴木 秀幸、關 光、村中 俊哉、山浦 高夫、矢崎 一史
  • 学会等名: 第34回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 上田市
  • 年月日: 2016-09-01
• [学会発表] ホップ（Humulus lupulus L.）雌花のリナロール／ネロリドール合成酵素の機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 影山丈士、杉村哲、棟方涼介、百瀬眞幸、梅基直行、小原一朗、三沢典彦、新藤一敏、矢崎一史
  • 学会等名: 第34回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 上田市
  • 年月日: 2016-09-01
• [学会発表] 植物におけるフェニルプロパノイド特異的プレニル基転移酵素遺伝子の単離と機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹村 知陽、棟方 涼介、杉山 暁史、鈴木 秀幸、關 光、村中 俊哉、山浦 高夫、矢崎 一史
  • 学会等名: 第26回イソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 長崎市
• [図書] 基礎から学ぶ植物代謝生化学 (2019)
  • 著者名/発表者名: （編集）水谷正治、士反伸和、杉山暁史
  • 総ページ数: 328
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758120906
• [備考] 森林圏遺伝子統御分野 矢崎研究室
  • URL: http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/lpge/
• [備考] 京都大学 教育研究活動データベース
  • URL: http://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/nW1nV
• [備考] 京都大学生存圏研究所 森林圏遺伝子統御分野 矢崎研究室
  • URL: http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/lpge/