In plant cells, various proteins such as transporters that carry nutrients and plant hormones, as well as receptor-like kinases, are localized asymmetrically at the cell surface to optimize their functions. This phenomenon, in which proteins are unevenly distributed on the cell surface, is generally referred to as cell polarity. However, the mechanisms that regulate cell polarity in plants remain unclear. We use membrane proteins such as the borate transporter BOR1 and the boric acid channel NIP5;1, which exhibit polarized localization towards the inner and outer sides of tissues, respectively, as models. Our research focuses on isolating small-molecule compounds that disrupt cell polarity and identifying their targets, as well as identifying novel polarity-localized proteins through biochemical approaches and analyzing their functions.
植物細胞の機能美を解き明かす
植物の細胞では、栄養素や植物ホルモンを運ぶトランスポーターや、受容体様キナーゼなど、様々なタンパク質が細胞表層で偏ることで、その機能が最適化されています。このように細胞表層でタンパク質が偏在する現象を一般に細胞極性と呼びますが、植物の細胞極性を制御する仕組みは解明されていません。私たちは、組織の内側と外側に向かって極性局在するホウ酸トランスポーターBOR1や、ホウ酸チャネルNIP5;1などの膜タンパク質をモデルとして、細胞極性を阻害する小分子化合物の単離とその標的探索、生化学的手法による新規極性局在性タンパク質の同定とその機能解析などに取り組んでいます。
There is a need for tools that enable near real time quantitation of biochemical and biophysical processes in living organisms that at the same time provide highly resolved spatial information. The Frommer group has extensive experience in the engineering and use of genetically encoded biosensors for quantitation of the dynamics of small molecules. Frommer’s ITbM group will systematically engineer sensors for important molecules as well as for biophysical processes.
in vivo biochemistry: 代謝物の生体内動態を可視化する蛍光指示薬と代謝制御ツールの開発
生命現象を組織や個体レベルで理解するためには生体を構成する化合物を時間的・空間的に定量化できるツールが必要です。Frommerグループでは、これまでに植物ホルモンや糖、窒素化合物など低分子化合物の生体内動態の定量解析を可能にする蛍光タンパク質プローブの開発に成功し、それに関わる生命現象解析に応用してきました。本研究では植物の生命現象を理解するために重要な分子の機能性蛍光タンパク質プローブを体系的に開発し応用することを目的とします。さらに、同様の手法を展開し代謝物の動態を人工的に制御するツールを開発し、代謝物が構成する生体内ネットワークを時間的・空間的に理解することを目指します。
Research in the second focus area aims at a better understanding of how transporters recognize their substrates, knowledge that we want to use, in combination with high throughput screening of chemical libraries, to create novel inhibitors and potentially new drugs and agrochemicals. The projects in this area are based on the experience of the Frommer groups in identifying many of the key transporters for small molecules in plants. These projects will be performed in close collaboration with the Itami, Yamaguchi and Tama groups. Chemical screens will be performed with Prof. Ayato Sato. We also collaborate with Kuwata’s group to identify protein-protein interactions and their effect on the function and selectivity of the transporters. While non-overlapping with the activities of the Frommer groups in Germany, a close network between the labs in Germany and at ITbM will be established to take full advantage of the unique opportunities.
膜輸送タンパク質の基質選択性の解析と阻害剤の単離
本プロジェクトでは植物膜輸送タンパク質の基質認識機構を明らかにすること、さらにハイスループット低分子化合物スクリーニングにより新規の膜輸送体阻害剤を同定することを目的としています。 ITbM内の他グループとの共同研究や世界最先端の装置を備えた研究センターの利用により、新たな合成化合物標的膜輸送タンパク質の同定と農業研究に応用可能な新規薬剤の単離が期待されます。