当研究室では主として植物を実験材料としている。 まず、植物でみられる興味ある現象に着目し、その現象を担っている標的タンパク質を定め、それを単離し、その生理機能を明らかにすること、およびその標的タンパク質の遺伝子を単離し、その構造を解析することを通して、植物の代謝調節のしくみを明らかにすると共に、標的タンパク質の機能発現を制御することにより、有用な植物体を作出することを目指して研究を続けている。

 

・研究課題とその概要

1.タンパク質は生体内で生合成されてから、それぞれ固有の寿命でランダムに分解されていく。生体内、とくに植物の細胞内でのタンパク質の分解過程の実体は、ほとんどわかっていない。そこで、比較的短い寿命の酵素タンパク質をターゲットタンパク質として、その細胞内での運命、とくに分解過程に関与すると考えられる因子、およびそれらの相互関係を明らかにする目的で研究している。また、比較的短い寿命の酵素タンパク質をターゲットタンパク質として研究してきた硝酸還元酵素が実は、シグナル物質である一酸化窒素(NO)を生成するという多機能酵素である可能性を、一昨年度から検討し始めたところである。

1)ホウレンソウ硝酸還元酵素(NR)の翻訳後修飾に関する研究 。 ホウレンソウの粗抽出液中には、NR活性を不可逆的に不活性化する因子(NRI)が存在する。 この因子は遺伝子解析の結果、ヌクレオチドピロフォスファターゼと高い相同性がることがわかった。現在、この因子の発現調節機構について検討している。

2)高等植物における一酸化窒素(NO)生成の分子機構の解析 動植物におけるシグナル物質であるNOは植物でも生成されるが、その生成機構は世界的に議論の多いところである。最近、NRNOを生成することが明らかとなった。そこで、ホウレンソウNRによるNO生成の分子機構について検討を開始したところである。



図 (左)植物におけるNOの働き (右)NOの生合成経路

 

2.園芸植物(特に果実)の成長過程や成熟過程で発現する有用遺伝子をクローニングしてその構造や生理的役割を調べている。

1)エチレン生合成調節機構の解析

 植物ホルモン・エチレン(C2H4)は種子の発芽から果実の成熟・老化の過程まで、植物の成長過程で多様な働きをしている。高等植物においてエチレンはメチオニンからS-アデノシルメチオニン(SAM)、1‐アミノシクロプロパン-1-カルボン酸(ACC)を経て合成される(図)。SAMACCに変換する反応を触媒している酵素がACCシンターゼでこの経路の律速酵素と考えられている。ACCオキシダーゼはACCからエチレンを合成する反応を行う。ACCシンターゼとACCオキシダーゼは複数のアイソザイムがあり、植物の生長や環境からの刺激に応答して時期及び組織に発現している。私たちは園芸作物であるメロンやモデル植物であるアラビドプシスを用いてエチレン合成経路の調節機構を調べている。すでに、メロンより3種類の1‐アミノシクロプロパン-1-カルボン酸(ACC)合成系酵素遺伝子 (CMe-ACS1,2,3)をクローニングして構造や発現調節機構を調べている。CMe-ACS1は組織の傷害で発現が上昇するタイプで、果実の成熟過程で主要な働きをしている。CMe-ACS3はオーキシン誘導タイプの遺伝子である。CMe-ACS2はマルチレスポンスタイプのACS遺伝子でオーキシンのみならず、種々の環境ストレスで発現する。これらの遺伝子の発現調節機構を解明するために、プロモーター領域に結合する転写調節因子を酵母ワンハイブリッド法(図)を用いてクローニングして、それらの機能を調べている。


図 (左)エチレン生合成経路 (右)酵母ワンハイブリッド法による転写調節因子のスクリーニング

 

2)果実の成熟過程で発現する遺伝子のクローニングとその発現調節機構の解析

 メロン果実を材料に、成長・成熟過程で発現する遺伝子のクローニングを行っている。これらの遺伝子は、果実の成長・成熟の調節機構を解明するだけでなく、時期及び組織特異的に発現するプロモーターとして利用できると考えている。

 

3.高等植物における老化の機構をアミンおよびポリアミンの代謝過程と関連づけて、アミン酸化酵素を標的タンパク質として研究している。また有効な貯蔵方法の開発とその解析を糖及び糖関連酵素の面から研究している。

1)高等植物のアミンに関する研究

 高等植物中でのジアミンおよびポリアミンの存在を種々の条件下で比較しながら追いかけ、老化との関連を探る。

2)高等植物中のアミン酸化酵素に関する研究

 高等植物中のアミン酸化酵素を単離し、ジアミンおよびポリアミンの分解過程を明らかにする。

3)高等植物の糖に関する研究

 高等植物中の成長・成熟・収穫貯蔵中の糖を調べる。

4)高等植物中の糖関連酵素に関する研究

 高等植物中の糖関連酵素を単離し、その生理機能を明らかにし、3、4の結果から有効な貯蔵方法を見つけ、その解析をおこなう。

 

・研究業績等

(原著論文、短報、総説:2000年以降)

  1. Mizuno S., Osakabe Y., Maruyama K., Ito T., Osakabe K., Sato T., Shinozaki K., Yamaguchi-Shinozaki K. (2007) Receptor-like protein kinase 2 (RPK 2) is a novel factor controlling anther development in Arabidopsis thaliana. Plant J. 50, 751-766.
  2. Mizuno S., Hirasawa Y., Sonoda M., Nakagawa H., Sato T. (2006) Isolation and characterization of three DREB/ERF-type transcription factors from melon (Cucumis melo). Plant Sci. 170, 1156-1163.
  3. Pariasca J.A.T., Kato T., Oka M., Ohtani T., Yaegashi Y., Hirabayashi T., Nakagawa H., Sato T. (2005) Effect of p-CPA-parthenocarpic setting on the delayed ripening of netted-melon fruits. Plant Growth Regul. 45, 29-36.
  4. Oka M., Yanagawa Y., Asada T., Yoneda A., Hasezawa S., Sato T., Nakagawa H. (2004) Inhibition of proteasome by MG-132 treatment causes extra phragmoplast formation and cortical microtubule disorganization during M/G1 transition in synchronized tobacco cells. Plant Cell Physiol. 45, 1623-1632.
  5. Takase T., Yanagawa Y., Mitsuhara I., Ohashi Y., Nakagawa H., Hashimoto J. (2004) Overexpression of a gene for 26S proteasome subunit RPN10 confers enhanced resistance to canavanine, an analog of arginine, in transgenic rice (Oryza sativa L.). Plant Biotechnology 21, 233-236.
  6. 佐藤隆英,水野真二. (2003)エチレン生合成の調節機構.植物の生長調節 38, 187-202.
  7. Takase T., Yanagawa Y., Komatsu S., Nakagawa H., Hashimoto J. (2003) Cell-cycle-related variation in proteins in suspension-cultured rice cells. J. Plant Res. 116, 469-475.
  8. Sonoda M, Ide H, Nakayama S, Sasaki A, Kitazaki S, Sato T, Nakagawa H. (2003). Cloning of a nitrate reductase inactivator (NRI) cDNA from Spinacia oleracea L. and expression of mRNA and protein of NRI in cultured spinach cells. Planta 216, 961-968.
  9. 柳川由紀,中川弘毅. (2003)植物ユビキチン/プロテアソーム系の細胞周期における新しい役割.化学と生物 41, 299-304.
  10. Yanagawa Y., Hasezawa S., Kumagai F., Fujimuro M., Naito T., Makino T., Yokosawa H., Tanaka K., Komamine A., Hashimoto J., Sato T., Nakagawa H. (2002) Cell-cycle dependent dynamic change of 26S proteasome distribution in tobacco BY-2 cells. Plant Cell Physiol. 43, 604-613.
  11. Yanagawa Y., Kimura S., Takase T., Sakaguchi K., Umeda M., Komamine A., Tanaka K., Hashimoto J., Sato T., Nakagawa H. (2002) Spatial distribution of the 26S proteasome in meristematic tissues and primordia in rice (Oryza sativa). Planta 214, 703-707.
  12. Pariasca J.A.T., Sunaga A., Miyazaki T., Hisaka H., Sonoda M., Nakagawa H., Sato T. (2001) Cloning of cDNAs encoding senescence-associated genes, ACC synthase and ACC oxidase from stored snow pea pods (Pisum sativum L. var saccharatum) and their expression during pod storage. Postharvest Biol. Technol. 22, 239-247.
  13. Pariasca J.A.T., Miyazaki T., Hisaka H., Nakagawa H., Sato T. (2001) Effect of modified atmosphere packaging (MAP) and controlled atmosphere (CA) storage on the quality of snow pea pods (Pisum sativum L. var. saccharatum). Postharvest Biol. Technol. 21, 213-223.
  14. Kimura S., Suzuki T., Yanagawa Y., Yamamoto T., Nakagawa H., Tanaka I., Hashimoto J., Sakaguchi K. (2001) Characterization of plant proliferating cell nuclear antigen (PCNA) and flap endonuclease-1 (FEN-1), and their distribution in mitotic and meiotic cell cycles. Plant J. 28, 643-653.
  15. Ishiki Y., Oda A., Yaegashi Y., Orihara Y., Arai T., Hirabayashi T., Nakagawa H., Sato T. (2000) Cloning of an auxin-responsive 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase gene (CMe-ACS2) from melon and the expression of ACS genes in etiolated melon seedlings and melon fruits. Plant Sci. 159, 173-181.

(口頭発表:2000年以降)

  1. 澤木淑子、高橋あゆみ、黄聖洙、水野真二、横塚真依子、園田雅俊、中川弘毅、佐藤隆英2006メロン果実におけるCM-EIL遺伝子について、日本植物生理学会2006年度大会講演要旨集(筑波大学)267.
  2. 園田雅俊、伊藤孝浩、松井文生、Werner M. KaiserJuergen Zeier、佐藤隆英、中川弘毅2006Deinococcus radiodurans由来NO合成酵素遺伝子過剰発現株におけるNO応答遺伝子の発現様式、日本植物生理学会2006年度大会講演要旨集(筑波大学)252.
  3. Okada A., Ura S., Matsuda A., Ito T., Fukasaku N., Shiraishi N., Sato T., Nakagawa H. (2004) Molecular mechanism of nitric oxide production by nitrate reductase(NR) in higher plants, The 3rd International Conference on the Biology, Chemistry and Therapeutic Applications of Nitric Oxide (Nara, Japan), 114.
  4. 水野真二、平澤陽介、中川弘毅、佐藤隆英(2004メロンDREB/ERF型転写調節因子の機能解析、日本植物生理学会2004年度大会講演要旨集(東京都立大学)、292.
  5. Mizuno S., Hirasawa Y., Nakagawa H., Hirabayashi T., Sato T. (2003) Functional Analysis of DREB/ERF Transcription Factors Involved in Expression of Melon ACC Synthase gene (CMe-ACS2), Plant Biology 2003 (Honolulu, Hawaii USA), 145.
  6. 水野真二、平澤陽介、中川弘毅、佐藤隆英(2003メロンACC合成酵素遺伝子(CMe-ACS2)のストレス応答に関与するDREB/ERF型転写調節因子、日本植物生理学会2003年度大会講演要旨集(近畿大学)、224.
  7. Takase T., Yanagawa Y., Umeda M., Ugaki M., Tanaka K.,Mitsuhara I., Ohashi Y., Hashimoto J., Nakagawa H. (2002)イネ26Sプロテアソームの遺伝子発現解析、At the Annual Meeting of the Plant Physiological Society of Japan (Okayama, Japan)
  8. Yanagawa Y., Kimura S., Takase T., Sakaguchi K., Umeda M., Komamine A., Tanaka K., Hashimoto J., Sato T., Nakagawa H. (2001) Spatial distribution of the 26S proteasome in meristematic tissues and primordial of rice. At the Annual Meeting of the Molecular Biological Society of Japan (Kanagawa, Japan)
  9. Takase T., Komatsu S., Yanagawa Y., Hashimoto J., Nakagawa H. (2001) At the Annual Meeting of the Molecular Biological Society of Japan (Kanagawa, Japan)
  10. Yamamoto T., Kimura S., Oka M., Ishibashi T., Yanagawa Y., Nara T., Nakagawa H., Hashimoto J., Sakaguchi K. (2001) At the Annual Meeting of the Molecular Biological Society of Japan (Kanagawa, Japan)
  11. Yanagawa Y., Hasezawa S., Kumagai F., Tanaka K., Komamine A., Hashimoto J., Sato T., Nakagawa H. (2001) Cell-cycle dependent dynamic change of 26S proteasome distribution in tobacco BY-2 cells. The Fourth Workshop on "Proteasomes" (Clermont-Ferrand, France)
  12. Kimura S., Suzuki T., Yanagawa Y., Yamamoto T., Nakagawa H., Tanaka I., Hashimoto J., Sakaguchi K. (2000) Characterization of plant proliferating cell nuclear antigen (PCNA) and flap endonuclease-1 (FEN-1), and their distribution in mitotic and meiotic cell cycles, At the Annual Meeting of the Molecular Biological Society of Japan (Hyougo, Japan)
  13. Oka M., Yanagawa Y., Sato T., Hasezawa S., Kumagai F., Sakaguchi K., Kimura S., Nakagawa H. (2000) Analysis of G1 phase arrest induced by the proteasome inhibiter MG-132 in cultured tobacco BY-2 cells, At the Annual Meeting of the Molecular Biological Society of Japan (Hyougo, Japan)

 

(著書、訳書)

  1. 中川弘毅、佐藤隆英 (1998) 丸善食品総合辞典, 丸善株式会社 (分担執筆)
  2. 中川弘毅 (1998)植物生理工学 (宮地 重遠、大森正之編), 丸善株式会社 (分担執筆), 36-44.
  3. 中川弘毅 (1998)タンパク質の科学 (鈴木淳士、渡部終五、中川弘毅編), 朝倉書店 (分担執筆), 126-128.
  4. 佐藤隆英 (1998) 遺伝子操作によるエチレン生合成の制御.植物ホルモンと細胞の形 (今関英雅、柴岡弘郎編),学会出版センター (分担執筆), 27-33.
  5. 中川弘毅 (1996) 食品学各論, 朝倉書店 (分担執筆), 32-63.
  6. 佐藤隆英 (1994)果実の成熟の調節機構, 植物細胞工学 6, 30-36.