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2019 年度 実績報告書

気孔の発生とパターン形成を制御する新奇メカニズムに合成化学で切込む

研究課題

研究課題/領域番号 19H00990
研究機関名古屋大学

研究代表者

鳥居 啓子  名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 客員教授 (60506103)

研究分担者 望田 啓子 (桑田啓子)  名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任助教 (70624352)
村上 慧  名古屋大学, 理学研究科(WPI), 特任准教授 (90732058)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード低分子化合物 / 植物の発生 / 気孔 / 生理活性 / 構造活性相関 / ラベルフリープロテオミクス / ケミカルバイオロジー
研究実績の概要

本申請研究は、植物発生学、有機合成化学、分析化学の専門家の綿密なコラボレーションを通して、化学の力で気孔の数と分布を制御する未知のメカニズムに斬り込むとともに、化合物による有用植物のバイオマス促進に繋がるものである。具体的には、名大ITbM独自の化合物ライブラリーのスクリーニングと候補化合物の作用から見えてきた、今まで全く知られていなかった気孔発生と植物の成長とストレス応答のトレードオフや、新たな経路の関与を、標的因子の同定を介して迫ることを目的とする。本年度は、主に気孔の数を増やす化合物kC9とChattyの生理機能の解析と標的候補因子の探索を行った。 さらに、気孔幹細胞であるメリステモイド細胞の増殖に分化にも着目し、非対称分裂を亢進する効果のある化合物MC3、および幹細胞性を停止させる効果のあるAYSJ929に関しても詳細に解析した。
(1) kC9 - kC9の気孔のパターン形成に対する効果は、免疫シグナル伝達を活性化させることにより無効化する。そのため、kC9は気孔形成と免疫シグナル伝達経路に共通する(しかし正常な状態ではクロストークすることのない)因子に対して作用すると考え、両経路の共通因子であるMAPキナーゼに着目した。
(2) Chatty -おもにERストレス経路との関連を追求するとともに、Chatty構造類縁体の効果的な有機合成法を研究分担者(村上)が開発した。類縁化合物を固相したアフィニティー担体の作出に成功。研究分担者(桑田)の主導のもと、アフィニティー精製法による標的因子同定への予備実験をおこなった。
(3) MC3と(4) AYSJ929 - メリステモイド細胞への効果を、気孔系譜の様々な突然変異体やマーカー系統を用いて解析した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

気孔の発生と分化に特徴的な影響を与え、かつ、植物の生育に強い阻害作用を示さない、これら4化合物について、発生遺伝学的および生化学的な解析をすすめた。
(1) kC9 - 標的タンパク質候補である一次代謝経路キナーゼとkC9との結合を計測するとともに、MAPキナーゼとの結合についてもさらに解析した。kC9は、一次代謝経路キナーゼ活性への阻害効果を持たないことがわかったため、単純に阻害剤として働くわけではなく複雑な作用機序が推察された。また、一次代謝経路キナーゼの多重変異体ではkC9感受性が若干低下していた。
(2) Chatty - RNAシーケンスを行い、ChattyがERストレス経路の遺伝子発現に影響を与えるというデータを得た。そこで、ERストレス経路を制御する因子を欠失する突然変異体の表現型を調べたところ、気孔の数と分布に異常が生じることがわかった。同時に、Chattyの標的因子同定に向け、研究分担者(村上)の合成した類縁体をカラム担体に固相化し、アフィニティー精製後のプロテオームの質量分析を研究分担者(桑田)と試みた。予備実験の結果は、多くのタンパク質が非特異的に精製されており、さらなる条件検討の必要性が示された。
(3) MC3と(4) AYSJ929 - 気孔系譜の突然変異体やマーカー系統を用いた表現型解析から、MC3は、気孔系譜の非対称分裂を亢進させることが解った。複数の構造類縁体を用いてSAR(構造活性相関)を解析した。逆に、AYSJ929は、メリステモイド細胞から孔辺母細胞への分化を司るマスター転写因子MUTEの活性を阻害するとことが示された。MUTEのプロモーター活性には全く効果を及ぼさなかったため、MUTE-SCREAM転写因子二量体の活性や安定性へ作用する可能性が考えられた。

今後の研究の推進方策

(1) kC9 -一次代謝経路キナーゼがkC9を介してMAPキナーゼ経路の活性を調節する可能性を、リン酸化プロファイリングおよび構造生物学的手法を用いて検討する。また、一次代謝経路キナーゼの組織器官発現パターンや細胞内局在がkC9によって変化するかどうか調べる。
(2) Chatty - ER経路阻害の可能性をさらに検討するとともに、アフィニティー精製と質量分析の条件検討を行い、候補因子のリスト化に繋げたい。
(3) MC3 - 構造類縁体を用いたSAR (機能活性相関)を詳細に解析し、アフィニティー担体の作出の可能性を検討する。構造的にアルキル鎖の導入が難しい様であれば、DARTSなどラベルフリープロテオミクスを用いた標的候補因子の同定を試みる。
(4) AYSJ929 - in vitro転写翻訳したMUTE-SCRMヘテロ二量体のプルダウン、in plantaでの BiFC、さらにシロイヌナズナ気孔系譜の細胞からの免疫共沈などの手法を用いて、AYSJ929がMUTE-SCRMのヘテロ二量体形成を阻害する可能性を検討する。さらに、MUTEタンパク質の分解を促進する可能性に関しても生化学的に追求する。
これら解析と並行し、化合物と構造類縁体の合成法、NMRと質量分析による構造の再確認を行い、論文作成に向けてデータを整理する。また、今年度と来年度はこれら4種類の化合物に集中するものの、ここまでたどり着くために行った数万化合物ライブラリーのスクリーニングと50程度の候補化合物についてもデータを整理し、研究コミュニティーに役立つ形での公開につなげたい。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 10件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] DIUTHAME enables matrix‐free mass spectrometry imaging of frozen tissue sections2020

    • 著者名/発表者名
      Kuwata Keiko、Itou Kayoko、Kotani Masahiro、Ohmura Takayuki、Naito Yasuhide
    • 雑誌名

      Rapid Communications in Mass Spectrometry

      巻: 34 ページ: e8729

    • DOI

      10.1002/rcm.8729

    • 査読あり
  • [雑誌論文] SCREAMing Twist on the Role of ICE1 in Freezing Tolerance2020

    • 著者名/発表者名
      Thomashow Michael F.、Torii Keiko U.
    • 雑誌名

      The Plant Cell

      巻: 32 ページ: 816~819

    • DOI

      doi: 10.1105/tpc.20.00124

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Heat Shocking the Jedi Master: HSP90's Role in Regulating Stomatal Cell Fate2020

    • 著者名/発表者名
      Putarjunan Aarthi、Torii Keiko U.
    • 雑誌名

      Molecular Plant

      巻: 13 ページ: 536~538

    • DOI

      doi: 10.1016/j.molp.2020.03.001

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rapid Access to Kinase Inhibitor Pharmacophores by Regioselective C-H Arylation of Thieno[2,3-d]pyrimidine2020

    • 著者名/発表者名
      Yamada Shuya、Flesch Kaylin Nicole、Murakami Kei、Itami Kenichiro
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 22 ページ: 1547~1551

    • DOI

      doi.org/10.1021/acs.orglett.0c00143

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Designer Palmitoylation Motif-Based Self-Localizing Ligand for Sustained Control of Protein Localization in Living Cells and Caenorhabditis elegans2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Akinobu、Oki Choji、Sawada Shunsuke、Yoshii Tatsuyuki、Kuwata Keiko、Rudd Andrew K.、Devaraj Neal K.、Noma Kentaro、Tsukiji Shinya
    • 雑誌名

      ACS Chemical Biology

      巻: 15 ページ: 837~843

    • DOI

      doi.org/10.1021/acschembio.0c00014

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Kleptoprotein bioluminescence: Parapriacanthus fish obtain luciferase from ostracod prey2020

    • 著者名/発表者名
      Bessho-Uehara Manabu、Yamamoto Naoyuki、Shigenobu Shuji、Mori Hitoshi、Kuwata Keiko、Oba Yuichi
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 6 ページ: 49424

    • DOI

      10.1126/sciadv.aax4942

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dissecting plant hormone signaling with synthetic molecules: perspective from the chemists2019

    • 著者名/発表者名
      Hagihara Shinya、Yamada Ryotaro、Itami Kenichiro、Torii Keiko U
    • 雑誌名

      Current Opinion in Plant Biology

      巻: 47 ページ: 32~37

    • DOI

      doi: 10.1016/j.pbi.2018.09.002

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stomatal Development and Perspectives toward Agricultural Improvement2019

    • 著者名/発表者名
      Endo Hitoshi、Torii Keiko U.
    • 雑誌名

      Cold Spring Harbor Perspectives in Biology

      巻: 11 ページ: a034660~a034660

    • DOI

      doi: 10.1101/cshperspect.a034660

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Bipartite anchoring of SCREAM enforces stomatal initiation by coupling MAP kinases to SPEECHLESS2019

    • 著者名/発表者名
      Putarjunan Aarthi、Ruble Jim、Srivastava Ashutosh、Zhao Chunzhao、Rychel Amanda L.、Hofstetter Alex K.、Tang Xiaobo、Zhu Jian-Kang、Tama Florence、Zheng Ning、Torii Keiko U.
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 5 ページ: 742~754

    • DOI

      doi: 10.1038/s41477-019-0440-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chemogenetic Control of Protein Anchoring to Endomembranes in Living Cells with Lipid-Tethered Small Molecules2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Akinobu、Katahira Rika、Sawada Shunsuke、Shinoda Eri、Kuwata Keiko、Yoshii Tatsuyuki、Tsukiji Shinya
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 59 ページ: 205~211

    • DOI

      doi.org/10.1021/acs.biochem.9b00807

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical Synthesis of Atomically Tailored SUMO E2 Conjugating Enzymes for the Formation of Covalently Linked SUMO-E2-E3 Ligase Ternary Complexes2019

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yinfeng、Hirota Tsuyoshi、Kuwata Keiko、Oishi Shunsuke、Gramani Subramanian G.、Bode Jeffrey W.
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 141 ページ: 14742~14751

    • DOI

      doi.org/10.1021/jacs.9b06820

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Casein kinase 1 family regulates PRR5 and TOC1 in the Arabidopsis circadian clock2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro N. Uehara, Yoshiyuki Mizutani, Keiko Kuwata, Tsuyoshi Hirota, Ayato Sato..8 authors...Takashi Yoshimura, Steve A. Kay, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita, Junichiro Yamaguchi, and Norihito Nakamichi.
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 116 ページ: 11528~11536

    • DOI

      doi.org/10.1073/pnas.1903357116

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Molecular Mechanism of Cellular Oxidative Stress Sensing by Keap12019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Takafumi、Muramatsu Aki、Saito Ryota、Iso Tatsuro、Shibata Takahiro、Kuwata Keiko、Kawaguchi Shin-ichi、Iwawaki Takao、Adachi Saki、Suda Hiromi、Morita Masanobu、Uchida Koji、Baird Liam、Yamamoto Masayuki
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 28 ページ: 746~758.e4

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.celrep.2019.06.047

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Harnessing synthetic chemistry to dissect plant hormone signaling in development2020

    • 著者名/発表者名
      Keiko U. Torii
    • 学会等名
      International Symposium on Chemical Biology, Geneva, Switzerland, January 22-24, 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Harnessing synthetic chemistry to understand and manipulate plant development2019

    • 著者名/発表者名
      Keiko U. Torii
    • 学会等名
      Walter E and Helen Parke Loomis Lecture and Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cellular decision making during stomatal patterning and differentiation2019

    • 著者名/発表者名
      Keiko U. Torii
    • 学会等名
      EMBO Live Imaging Workshop, ITbM Nagoya, Nagoya, Japan, May 22, 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Make decisions and keep moving forward2019

    • 著者名/発表者名
      Keiko U. Torii
    • 学会等名
      Nature Symposium “Plants of the Future”. NYU, New York, NY, USA, June 14, 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of imidazolone-cored heterocycles via sequential amidation/oxazole rearrangement and the discovery of its bioactivity in reducing the number of stomata2019

    • 著者名/発表者名
      Yip Shu Jan、中川 彩美、打田 直行、村上 慧、鳥居 啓子、伊丹 健一郎
    • 学会等名
      ITbMサイトビジット,P-18, 名古屋大学豊田講堂 東山キャンパス, 愛知, 2019年8月5, 6日
  • [学会発表] Small compounds that increase the number of stomata: toward target identification2019

    • 著者名/発表者名
      Ayami Nakagawa, Shuya Yamada, Keiko Kuwata, Gregory J. P. Perry, Ayato Sato, Kei Murakami, Naoyuki Uchida, Kenichiro Itami, Keiko Torii
    • 学会等名
      ITbMサイトビジット, 名古屋大学豊田講堂 東山キャンパス, 愛知, 2019年8月5, 6日
  • [学会発表] Synthetic study of arylated heteroaromatics: catalyst development and molecular probe synthesis for target identification of the stomata-increasing protein2019

    • 著者名/発表者名
      山田 柊哉, 中川 彩美, Gregory J. P. Perry, Kaylin Nicole Flesch, 佐藤 綾人, 打田 直行, 鳥居 啓子, 村上 慧, 伊丹 健一郎
    • 学会等名
      ITbMサイトビジット,P-17, 名古屋大学豊田講堂 東山キャンパス, 愛知, 2019年8月5, 6日
  • [学会発表] クロロフルオロアセタミドを利用した不可逆的キナーセ&阻害剤の開発2019

    • 著者名/発表者名
      進藤直哉、渕田大和、佐藤磨美、渡公佑、桑田啓子、小野眞弓、王子田彰夫
    • 学会等名
      日本ケミカルバイオロジー学会第14回年会 2019年6月10-12日(名古屋)
  • [学会発表] プロテオミクスとコア施設機能拡充とワークライフバランスと2019

    • 著者名/発表者名
      桑田啓子
    • 学会等名
      理研シンポジウム 「分子構造解析2019 : MSとNMRの基礎と実践」 2019年6月18日
    • 招待講演
  • [学会発表] 日本の現状の紹介・男女共同参画の取り組み紹介・フリーディスカッション2019

    • 著者名/発表者名
      桑田啓子
    • 学会等名
      第15回質量分析技術者研究会  2019年8月27日(大阪)
  • [学会発表] HIGH STEROL ESTER 1 is a key regulator in plant sterol biosynthesis2019

    • 著者名/発表者名
      Shimada, T. L., Shimada, T., Okazaki, Y., Higashi, Y., Saito, K., Kuwata, K., Oyama, K., Kato, M., Ueda, H., Nakano, A., Ueda, T., Takano, Y., & Hara-Nishimura, I
    • 学会等名
      Asian-Oceanian Symposium on Plant Lipids19-22 Nov 2019Australia
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 7-Aminomethyl-7-deazaguanine をもつPNA の合成2019

    • 著者名/発表者名
      森谷俊介、柴崎初音、桑田啓子、今村保忠、出水庸介、栗原正明、橘高敦史、杉山亨
    • 学会等名
      第45回反応と合成の進歩シンポジウム2019年10月28日~29日
  • [産業財産権] US Provisional patent application. A super sensitive Auxin Induced Degradation (AID) system in mammalian cells using Synthetic, Engineered auxin-TIR1 pair2020

    • 発明者名
      KU Torii, K Nishimura 他5名
    • 権利者名
      KU Torii, K Nishimura 他5名
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      62962116
    • 外国

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公開日: 2021-01-27  

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