教員・研究案内

ケミカルバイオロジー研究室

竹内 純

 ケミカルバイオロジーとは、核酸やタンパク質などの生体高分子と特異的に作用する化合物(分子プローブ)を開発し、それを用いて生体高分子の機能やシグナル伝達機構を解明しようとする学問です。本研究室では、植物自身が生体内で作り出し、微量で様々な生理応答を誘導する生理活性物質(植物ホルモン)の作用機構解明を目指して、特異的にホルモン応答を制御する低分子化合物(阻害剤や活性化剤)の開発を行っています。
 植物ホルモンの作用機構に関する研究は主に、モデル植物であるシロイヌナズナの遺伝子変異体を用いて行われてきており、遺伝学的手法の適用が困難な多くの植物種や農作物に関しては植物ホルモンの生理作用を分子レベルで理解するための解明研究が遅れています。また、遺伝子欠損変異体の作成といったリバースジェネティクスは有用な技術なのですが、変異が半永久的に固定されてしまうため生物学的効果は不可逆であり,細胞内動的過程の研究への利用は限られてしまうといった課題があります。そこで遺伝学的手法を補完するものとして、特定のタンパク質の機能を変化させる低分子化合物を利用するケミカルバイオロジーやケミカルジェネティクス的研究手法が植物科学の分野においても近年注目されてきています。

1. アブシジン酸受容体の立体構造に基づいて受容体活性化剤の開発
 
植物ホルモンの一つであるアブシジン酸(ABA)は、植物が乾燥ストレスを受けると気孔を閉鎖して、葉からの水の過剰蒸散を抑制することで乾燥ストレス耐性を誘導する生理活性物質です。一方で、ABAは高温時の種子発芽阻害や強光下時の気孔閉鎖による光合成能の低下などを引き起こすため、農業の観点からみると、その作用は必ずしもプラスのものばかりではありません。そのため、ABA応答を適切に制御する技術が世界中で待ち望まれています。私たちの研究室では、ABA受容体(PYL)の結晶構造に基づいて、その機能を阻害する分子(アンタゴニスト)の設計・合成に取り組んでいます。ABAのシグナル伝達の起点である受容体を阻害するアンタゴニストを用いれば、簡便にABA欠損状態を再現することができるため、遺伝学的手法の適用が困難な植物種においてもABAの作用機構を解明することができます。また、PYLアンタゴニストはABA応答を可逆的且つ一過的に抑制する植物成長調節剤としての農業利用も期待されます。


アブシジン酸(ABA)とPYLアンタゴニスト(PAO4)の化学構造


レタス種子発芽に対するPAO4の効果

2. ケミカルバイオロジー的研究手法を用いたイネのアブシジン酸シグナル伝達機構の解明
 シロイヌナズナを用いた研究により、ABAの生理作用は受容体(PYL)とタンパク質脱リン酸化酵素(PP2C)とのタンパク質間相互作用によって誘導されることが明らかになって来ました。しかし、多くの植物種においてPYLにはサブタイプが複数存在するため、遺伝学的手法による解析が困難であり、生体内でのABAシグナル伝達機構に関しては未だ不明な点が多く残されています。私たちの研究室では、日本の主要穀物である"イネ"に焦点を当て、PYLサブタイプを網羅的に阻害するPYLアンタゴニストを用いて、イネにおけるABAシグナル伝達機構の解明に取り組んでいます。これまでの研究から、イネのABAシグナル伝達機構はシロイヌナズナのそれとは異なることが示唆されており、イネ(単子葉植物)に特異的なABAシグナル伝達機構を明らかにすべく、新たな分子プローブの開発と標的タンパク質の探索研究を行っています。


イネ実生に対するPAO4の効果



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