国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院理学研究科の上田 彩果 博士後期課程学生、同トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM^※）の伊丹 健一郎 教授、木下 俊則 教授、藤本 和宏 特任准教授、天池 一真 助教、相原 悠介 特任講師らの研究チームは、気孔の開口を阻害する新規分子を発見し、その標的タンパク質候補の同定に成功しました。
気孔は植物の葉に存在し、酸素や二酸化炭素などのガスや水分を外気と交換する孔（あな）です。そのため、気孔の開閉は植物の成長やストレス応答と深く関係しており、古くから研究対象にされてきました。中でも、気孔開閉運動を制御する低分子化合物は、気孔運動の機構解明における強力な研究ツールとしてだけでなく、農薬など農業への応用にも期待されています。これまでいくつかの気孔運動制御分子が発見されてきましたが、それらの作用機序は不明なものがほとんどでした。
本研究では、2,6-ジハロプリン誘導体（AUs）が新しい気孔開口阻害剤であることを発見し、その機構解明研究をおこないました。AUsは気孔を開かせる原動力である細胞膜プロトンポンプ^注1）の働きを抑制することで、気孔の開口を阻害することが明らかになりました。詳細な生化学実験（アフィニティーベースプルダウンアッセイ^注2））と計算科学実験（分子動力学シミュレーション^注3））から、ロイシンリッチリピートエクステンシンタンパク質（LRXs）^注4）およびRALFペプチド^注5）を、AUsの標的タンパク質候補として同定しました。LRXs-RALF複合体が関与する気孔運動の作用機序は未解明であり、今後の研究により、気孔運動に関わる新たなシグナル伝達経路や制御因子の発見が期待されます。
本研究成果は、2023年1月13日付アメリカ化学会誌「ACS Chemical Biology」のオンライン速報版に掲載されました。

【ポイント】

・気孔の開口を阻害する新規化合物AUsを開発。
・生化学実験と計算科学実験から、AUsの標的タンパク質候補の同定に成功。
・新しく発見された標的タンパク質候補を介した気孔運動の制御は世界で初めての成功。
　

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【用語説明】

注1）細胞膜プロトンポンプ：
ATPをエネルギーとして、細胞の内側から外側に水素イオンを輸送する一次輸送体。細胞膜を介して形成される水素イオンの濃度勾配は、様々な物質を輸送する二次輸送体の駆動力として利用されている。孔辺細胞では、青色光により活性化され、カリウム取り込みの駆動力を形成し、気孔開口を引き起こす。

注2）アフィニティーベースプルダウンアッセイ：
ここでは生物活性物質とその標的分子との親和性を利用することで無数の生体分子の中から目的の生体分子を精製する実験を指す。具体的には生物活性分子をビーズなどの固相担体に固定化したプローブを用いて、細胞抽出液から標的分子を単離した。

注3）分子動力学シミュレーション：
コンピュータを用いて原子・分子などの静的・動的な構造および、その変化過程などの物理的な動きをシミュレーションする方法。

注4）ロイシンリッチリピートエクステンシンタンパク質（LRXs）：
細胞壁に付着した細胞外の細胞壁形成制御因子として知られる。細胞成長に関わる様々な生理的プロセスを引き起こすRALFペプチドホルモンの高親和性結合部位をもつ。

注5）RALFペプチド：
植物界において普遍性が高い分泌型ペプチドであるペプチドホルモンの1つ。プロトンポンプの機能を阻害することで根の成熟領域における細胞伸長の抑制をおこなう。

【論文情報】

雑誌名：アメリカ化学会誌「ACS Chemical Biology」
論文タイトル：“Discovery of 2,6-Dihalopurines as Stomata Opening Inhibitors: Implication of an LRX-mediated H+-ATPase Phosphorylation Pathway”
著者：上田 彩果、相原 悠介、佐藤 伸也、加納 圭子、三城 恵美、北野 浩之、佐藤 綾人、藤本 和宏^＊、柳井 毅、天池 一真^＊、木下 俊則^＊、伊丹 健一郎^＊（^＊は責任著者、下線は本学関係者）
DOI: 10.1021/acschembio.2c00771?
URL：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acschembio.2c00771

^※【WPI-ITbMについて】（http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp）
名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所（ITbM）は、2012年に文部科学省の世界トップレベル研究拠点プログラム（WPI）の1つとして採択されました。
ITbMでは、精緻にデザインされた機能をもつ分子（化合物）を用いて、これまで明らかにされていなかった生命機能の解明を目指すと共に、化学者と生物学者が隣り合わせになって融合研究をおこなうミックス・ラボ、ミックス・オフィスで化学と生物学の融合領域研究を展開しています。「ミックス」をキーワードに、人々の思考、生活、行動を劇的に変えるトランスフォーマティブ分子の発見と開発をおこない、社会が直面する環境問題、食料問題、医療技術の発展といったさまざまな課題に取り組んでいます。これまで10年間の取り組みが高く評価され、世界トップレベルの極めて高い研究水準と優れた研究環境にある研究拠点「WPIアカデミー」のメンバーに認定されました。
　

【研究代表者】

トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM)／大学院理学研究科　伊丹 健一郎　教授
http://synth.chem.nagoya-u.ac.jp/wordpress/