松林嘉克｜細胞間シグナル研究グループ｜名古屋大学理学部生命理学科

RESEARCH

細胞間シグナルから読み解く植物の生存戦略
――分子からしくみへ遡る――

生物学では，まず特定の明確な生命現象に注目し，次にこれに関わる鍵分子群の同定を進めて，最終的にメカニズムを説明するのが一般的な方法論です．しかし，まず最初に特定の分子に着目し，その機能解析を経て，最終的に新たなしくみや現象の発見を目指したら，どのようなバイオロジーが生まれるでしょうか．これまでに，私たちは植物における既知のペプチドホルモンに見出される配列の規則性に着目し，ゲノム情報と生化学的解析を融合させた手法で，植物の成長や環境応答に関わる複数の新しいペプチドホルモンやその受容体を見つけてきました．「一部の根が窒素欠乏を感知すると葉にホルモンを送り，これを受容した葉は別のホルモンを根に送って，まだ根圏に窒素が残されている根に相補的な窒素吸収の促進を指示する」ことなど，これまで知られていなかった予想外のしくみが次々と明らかになっています．

タンパク質やペプチドの翻訳後修飾も，分子からしくみへ遡るための重要な手がかりを与えます．一般的に翻訳後修飾はタンパク質の機能に決定的な影響を及ぼすため，修飾酵素の欠損株を観察すると，翻訳後修飾された分子群の機能の全体像が浮かび上がります．例えば，チロシン硫酸化酵素の欠損株は根が短く，地上部も矮小化しますが，その原因を探ることで，根端分裂組織の活性を制御するホルモンや，ストレス応答を抑制して成長を促進するホルモンの存在が明らかになりました．タンパク質の糖鎖修飾に関わる酵素群の欠損株でも，様々な組織に異常が観察されており，未知の細胞間相互作用の存在を垣間見ることができます．

ホルモンが細胞膜上の受容体に結合すると，タンパク質リン酸化や脱リン酸化を介した細胞内情報伝達系が活性化されます．このリン酸化・脱リン酸化の流れを追跡することにより，細胞の情報処理のメカニズムを知ることができます．また，植物には機能未知のタンパク質リン酸化酵素や脱リン酸化酵素がまだ多数残されていますが，それらの基質探索も新しいしくみの解明につながる魅力的な研究対象です．

植物は動物に比べてシンプルな器官から構成されていて動き回ることもありませんが，これまで想像されていたものよりもはるかにダイナミックに細胞間や組織間のコミュニケーションを行ないながら，変動する自然環境をしたたかに生き抜いていることが明らかになりつつあります．質量分析計を基盤とした独自の微量分析技術と，分子からしくみへ遡るアプローチの突破力を利用して，こうした植物の巧みな生存戦略を読み解いていくのが私たちの目標です．

PROJECTS

PUBLICATIONS

葉の窒素需要を根で統御する転写因子TGA Nature Commun (2024)

Integration of shoot-derived polypeptide signals by root TGA transcription factors is essential for survival under fluctuating nitrogen environments

Ryutaro Kobayashi, Yuri Ohkubo, Mai Izumi, Ryosuke Ota, Keiko Yamada, Yoko Hayashi, Yasuko Yamashita, Saki Noda, Mari Ogawa-Ohnishi and Yoshikatsu Matsubayashi*

Nature Commun. 15, 6903 (2024)

窒素は植物の成長に最も重要な栄養素のひとつで，主に硝酸イオンを根から吸収していますが，その吸収は，葉からの篩管移行性ペプチドシグナルによって調節されています．本研究では，植物体の窒素需要を根に知らせるシグナルとして，既に報告していた空腹シグナルCEPD1/2/CEPDL2に加えて，満腹シグナルとしてGrxSファミリーが存在することを発見しました．さらに本研究では，根に移行したCEPD1/2/CEPDL2とGrxSが，互いに競合的に転写因子TGA1およびTGA4に直接結合することを見出しました．TGA1/4に対して空腹シグナルCEPD1/2/CEPDL2が結合すると，コアクチベーターとして窒素吸収遺伝子群の発現を促進し，満腹シグナルGrxSはコリプレッサーのTOPLESSと複合体を形成してTGA1/4に結合するため，窒素吸収遺伝子群の発現を抑制します．転写因子TGA1/4を欠損した植物は，葉からの空腹シグナルを根が受け取ることができず，需要の高まりに応じた窒素吸収促進ができないため，窒素欠乏が周期的に繰り返されるような変動窒素環境下では，葉が小さくなるなど正常に生育できません．すなわち，植物も空腹に応じて食いだめしないと変動窒素環境下では生きていけないのです．

植物免疫の活性化に関わるタンパク質分解酵素 Nature Commun (2024)

AGP糖鎖は正常な原形質連絡の形成に必要である Plant J (2023)

植物のストレス応答と成長の切り替えを制御するホルモン Science (2022)

Peptide ligand-mediated trade-off between plant growth and stress response

Mari Ogawa-Ohnishi, Tomohide Yamashita, Mitsuru Kakita, Takuya Nakayama, Yuri Ohkubo, Yoko Hayashi, Yasuko Yamashita, Taizo Nomura, Saki Noda, Hidefumi Shinohara and Yoshikatsu Matsubayashi*

Science 378, 175-180 (2022)

植物は，病害・温度・塩などの様々な環境ストレスに適応する際に，本来は成長に使われるはずのエネルギーの一部を利用します．したがって成長とストレス応答はトレードオフの関係にあり，両者のバランスの制御は生存の鍵となります．本研究では，ペプチドホルモンPSYとその受容体PSYRが，成長とストレス応答との切り替えに関わっていることを発見しました．通常のリガンド—受容体ペアとは逆に，受容体PSYRはリガンドであるPSYが結合すると不活性化され，結合していないときに活性化してストレス応答に関連する多数の転写因子群の発現を誘導します．全身の細胞で発現しているPSYのはたらきにより，普段はストレス応答は抑制されて成長が促されていますが，一部の細胞がストレスを受けて機能不全になるとPSYを生産できなくなるため，局所的にリガンド濃度が低下します．その結果，機能不全部位に隣接した周辺部の細胞においてPSYRが活性化してストレス応答が誘導され，効率よくダメージの拡大を防ぐことができます．シグナルがなくなることが引き金となるこのしくみによって，植物は必要な部位のみで巧妙にストレス応答を誘導し，変転する環境を生き抜いているのです．

中日新聞，読売新聞，日経産業新聞などに掲載．

硝酸イオン輸送体の活性を制御する脱リン酸化酵素 Nature Plants (2021)

A type 2C protein phosphatase activates high-affinity nitrate uptake by dephosphorylating NRT2.1

Yuri Ohkubo, Keiko Kuwata and Yoshikatsu Matsubayashi*

Nature Plants 7, 310 (2021)

窒素は植物の成長に最も重要な栄養素のひとつです．植物は，土壌窒素栄養条件や植物体自身の窒素需要に応じて，根にある硝酸イオン輸送体NRT2.1の発現量だけでなく，タンパク質レベルでの活性をオン/オフすることで，窒素吸収量を調節しています．しかし，転写レベルでのNRT2.1の発現量調節に関する研究の進展に比較して，翻訳後レベルでどのようなメカニズムによって輸送体のスイッチがオンになるのかは分かっていませんでした．今回私たちは，非活性型の硝酸イオン輸送体NRT2.1に付加されたブレーキ役のリン酸基を外すことで，活性をオンにする働きをする脱リン酸化酵素を発見しました．CEPHと命名したこの酵素は，私たちが以前発見した葉から根へ移行する窒素要求シグナルCEPDの下流で，植物の窒素需要に依存して根で誘導されます．この酵素をつくれない植物は窒素吸収活性が顕著に低下するため，葉が小さくなるなど正常に生育できないことが明らかとなりました．逆にこの酵素を通常よりも多くつくらせた植物では，窒素の吸収能力が高まることも示されました．これらの結果は，刻々と変動する土壌窒素栄養環境への植物の適応のしくみを理解する上で重要な手がかりとなり，今後の農業分野への応用も期待されます．

Nature Plants誌のNews and Viewsで紹介．この写真が掲載号の表紙を飾りました．

葉の窒素需要を根に伝える長距離移行ペプチド Nature Commun (2020)

ペプチドホルモン受容体アンタゴニストの創成 Commun Biol (2019)

Screening and identification of a non-peptide antagonist for the peptide hormone receptor in Arabidopsis

Hidefumi Shinohara, Naoko Yasue, Tetsuo Onuki, Yasumitsu Kondoh, Minoru Yoshida and Yoshikatsu Matsubayashi*

Commun Biol. 2, 61 (2019)

この20年間で数々の新しいペプチドホルモンが同定され，それらの受容体も解明されてきました．しかし，フィールドでこれらの成果を応用するには，ペプチドホルモンの自然界における分解されやすさが問題になります．そこで，私たちはペプチドホルモン受容体の機能を人為的にコントロールするため，内生のリガンドの結合を阻害する低分子化合物の探索法を確立して，実際にアンタゴニストのスクリーニングを行ないました．この研究では，茎頂や根においてペプチドホルモンの受容に関わるBAM1をモデルとして用いています．BAM1を微小ビーズに固定化し，蛍光ラベルしたCLE9をリガンドとして加えると，ビーズ表面に結合したリガンドの蛍光が観察されます．この蛍光を指標に，約3万種類の低分子化合物ライブラリーからCLE9の結合を阻害する分子を探索したところ，NPD12704をBAM1のアンタゴニストとして同定することに成功しました．NPD12704はBAM1のもうひとつのリガンドであるCLV3の結合も阻害でき，植物体に与えるとBAM1の欠損と類似した効果を示すことが確かめられました．本研究で確立したアンタゴニストのスクリーニング法は，他のペプチドホルモン―受容体ペアにも応用できるため，今後のペプチドホルモン情報伝達系をターゲットとした薬剤の開発につながることが期待されます．

根の窒素吸収を葉から制御するホルモン Nature Plants (2017)

Shoot-to-root mobile polypeptides involved in systemic regulation of nitrogen acquisition

Yuri Ohkubo, Mina Tanaka, Ryo Tabata, Mari Ogawa-Ohnishi and Yoshikatsu Matsubayashi*

Nature Plants 3, 17029 (2017)

窒素は植物の成長に最も重要な栄養素のひとつです．植物は根から窒素栄養分を主に硝酸イオンとして吸収しますが，土壌中には硝酸イオンがいつも均一に十分量あるわけではありません．そのため植物は、根の一部が窒素栄養不足を感知すると，他の根で相補的に多くの窒素栄養を取り込むしくみ（全身的窒素要求シグナリング）を持っています．この過程には葉が司令塔として重要な役割を果たします．すなわち，根が窒素欠乏を感知すると根の細胞がペプチドホルモンCEPを道管の中に分泌し，水とともに地上部へ運ばれ葉で受容体CEPRに認識されます．これにより，根の一部が窒素欠乏であることを知った葉は，他の根で相補的に多くの硝酸イオンを吸収させるために根へ向けて別のホルモンを送り返します．本研究では，このホルモンの分子実体を明らかにしました．私たちがCEPD（CEP Downstream）と命名したこのホルモンは，約100アミノ酸からなる非分泌型のポリペプチドで，CEP依存的に葉の師部でつくられて，師管内部を通って根へ長距離移行します．周囲に硝酸イオンがまだ存在している根がCEPDを受け取ると，硝酸イオン取り込み輸送体の発現が高まって，より多くの窒素栄養が取り込まれます．CEP-CEPR-CEPDシステムこそが，全身的窒素要求シグナリングの根幹を担っているのです．

朝日新聞，中日新聞に記事掲載．Nature Plants誌のNews and Viewsで紹介．

根の拡散障壁であるカスパリー線の形成ホルモン Science (2017)

A peptide hormone required for Casparian strip diffusion-barrier formation in Arabidopsis roots

Takuya Nakayama, Hidefumi Shinohara, Mina Tanaka, Koki Baba, Mari Ogawa-Ohnishi and Yoshikatsu Matsubayashi*

Science 355, 284-286 (2017)

植物は根から栄養分を吸収して成長しますが，土壌中には生育に必須なイオン成分のみならず，生育に害を与える成分も存在しています．植物の細胞と細胞の隙間（細胞間隙）には細胞壁が存在しますが，細胞壁はすべての物質を通すため，そのままでは細胞間隙を通って組織の内部にまで各種イオン成分が侵入してきます．1865年にRobert Casparyが発見したカスパリー線は，根の内側の内皮細胞の周囲に形成される疎水性の拡散障壁（防水バリア）で，細胞同士の隙間を完全に埋めることによって，栄養分の輸送に関わる道管と外界との間における分子の自由な行き来を防ぐ働きをしています．本研究では，このカスパリー線の形成に必要なホルモン（Casparian strip Integrity Factor: CIF）を発見しました．CIFは道管などが含まれる中心柱と呼ばれる組織でつくられ，内皮細胞の表面に存在する受容体GSO1/SGN3とそのホモログGSO2に結合します．このホルモンを作れない植物では，カスパリー線に多数の穴があき，根から栄養分が漏れ出たり土壌から有害な成分が侵入したりするために，植物体が土壌成分の変動に耐えられず，正常に生育できないことが明らかとなりました．これらの結果は，刻々と変動する土壌栄養環境への植物の適応のしくみを理解する上で重要な手がかりとなるものです．

中日新聞，日経産業新聞に記事掲載．NHKニュースで紹介．This Week in Scienceで紹介．

根端メリステム形成の鍵となるRGFの受容体 PNAS (2016)

Identification of three LRR-RKs involved in perception of root meristem growth factor in Arabidopsis

Hidefumi Shinohara, Ayaka Mori, Naoko Yasue, Kumiko Sumida and Yoshikatsu Matsubayashi*

PNAS 113, 3897-3902 (2016)

植物の根の先端には，幹細胞領域，細胞分裂領域，細胞伸長領域があり，それぞれがバランス良く機能することで，すらりとした根が形成されます．そのパターニングの制御は，PLTという転写因子の濃度勾配によるものであることが知られていましたが，何がPLTの濃度勾配を決定しているかについては，議論が続いていました．私たちは，2010年に発見した幹細胞領域から分泌されているペプチドホルモンRGFを培地に加えると，PLTの発現パターンが変化することから，RGFがPLTの濃度勾配を決定していると考えていました．本研究では，RGFの受容体を見つけるために，シロイヌナズナに存在する600個の受容体キナーゼから，リガンド認識に十分な細胞外領域を持つ約100個を選び出し，RGFが結合するものを網羅的に探しました．その結果，RGFと直接結合する3種類の受容体キナーゼを見つけ出し，RGFR1，RGFR2およびRGFR3と命名しました．3種類すべてのRGFRを欠損した植物体では，RGFに非感受性になるとともに，PLTの濃度勾配が失われ，根が短くなりました．幹細胞領域から分泌されているRGFは，根端で拡散による濃度勾配を形成しており，これがRGFRを介してPLTの濃度勾配をつくりだしていることが証明されました．

AGP生合成の第一段階を担う糖鎖修飾酵素 Plant J (2015)

根の窒素欠乏を葉に伝えるペプチドホルモンと受容体 Science (2014)

Perception of root-derived peptides by shoot LRR-RKs mediates systemic N-demand signaling

Ryo Tabata, Kumiko Sumida, Tomoaki Yoshii, Kentaro Ohyama, Hidefumi Shinohara and Yoshikatsu Matsubayashi*

Science 346, 343-346 (2014)

植物が根から吸収する無機養分のうち最も大切な元素のひとつは窒素です．根は地中から窒素を主に硝酸イオンとして吸収し，成長に必要なタンパク質などをつくりだしています．しかし，自然界の土壌中の硝酸イオンの分布は，植物自身による取り込みや雨水による流出などのために不均一になりやすいことから，一部の根が窒素欠乏になった時に残りの根で相補的に窒素吸収が促進されるしくみの存在が1970年代から指摘されてきました．個体全体としての硝酸イオン取り込み量を一定に保つこのしくみは全身的窒素要求シグナリングと呼ばれていますが，その分子実体は長らく不明のままでした．本研究では，根の一部が窒素欠乏を感知するとペプチドホルモンCEPを生産し，これが道管を移行して葉の維管束に存在する受容体に認識されることが，全身的窒素要求シグナリングの前半部分を構成していることを発見しました．CEP受容体が活性化されると葉から根に2次シグナル（2017年に発見することになるCEPD）が送られ，まだ根圏に窒素が存在する根での硝酸イオン取り込み量が増大し，局所的な窒素の不足分が補填されるのです．逆にこのシステムを失った植物では，硝酸イオン取り込み能力が低下し，葉が黄色くなって草丈も小さくなりました．この発見は，変動する窒素環境に対する植物の巧みな適応能力の一端を明らかにするとともに，窒素欠乏に強い作物の作出にも応用が期待できるものです．

朝日新聞，読売新聞，中日新聞，毎日新聞，日本経済新聞朝刊に記事掲載．Science誌のPERSPECTIVEに解説記事掲載．Science Signaling誌のEDITORS' CHOICEに紹介記事掲載．F1000Primeにノミネート．

50年の時を経て見つかったHypアラビノシル化酵素 Nature Chem Biol (2013)

Identification of three hydroxyproline O-arabinosyltransferases in Arabidopsis thaliana

Mari Ogawa-Ohnishi, Wataru Matsushita and Yoshikatsu Matsubayashi*

Nature Chem. Biol. 9, 726 (2013)

植物の細胞を取り囲む細胞壁中には，ヒドロキシプロリン残基にアラビノースが直鎖状に付加した特殊な構造の糖タンパク質が多数存在することが1960年代より知られていました．その代表的なものとして，細胞壁形成時の足場や補強分子としての役割を果たすExtensinが知られていますが，最近になってCLEペプチドのように細胞間で情報を伝えるホルモンとして機能する分子群にもアラビノース修飾が見出され，アラビノシル化タンパク質・ペプチドの植物成長における重要性に改めて注目が集まっています．アラビノース糖鎖は，これらの分子群の特異的なコンフォメーションの維持と機能発現に重要な役割を果たしていると考えられていますが，この修飾に関わる酵素（Hydroxyproline O-arabinosyltransferase: HPAT）は，未だ同定されていませんでした．今回私たちは，シロイヌナズナの細胞から，アフィニティークロマトグラフィーという方法を用いてHPATを精製・同定することに成功しました．シロイヌナズナにはこの酵素をコードする遺伝子が3個ありましたが，これらを欠損させた植物体では，細胞壁厚の顕著な減少，花成の促進，および花粉管伸長異常による不稔など，栄養成長および生殖成長の両方に様々な異常が観察されました．これらの結果は，植物の成長におけるアラビノシル化タンパク質・ペプチドの重要性を直接的に示すとともに，今後どこでどのようなアラビノシル化タンパク質・ペプチドが機能しているかを知る上で重要な情報を与えます．

中日新聞に記事掲載．電顕写真が掲載号の表紙を飾りました．

マメ科植物の根粒の数を制御するグリコペプチド Nature Commun (2013)

Root-derived CLE glycopeptides control nodulation by direct binding to HAR1 receptor kinase

Satoru Okamoto, Hidefumi Shinohara, Tomoko Mori, Yoshikatsu Matsubayashi* and Masayoshi Kawaguchi*

Nature Commun 4, 2191 (2013)

ダイズなどのマメ科植物は、普通の植物が生育できないような養分の少ない土地でも生育できます．これは，マメ科植物が，根粒というこぶ状の器官の中に，空気中の窒素を栄養分として利用する能力を持つ根粒菌という微生物を共生というかたちで住まわせているためです．植物は根粒菌に光合成で得られた糖分を与え，根粒菌は植物に窒素固定で得られた窒素化合物を供給しています．しかしマメ科植物にとって必要以上の根粒が形成されることはエネルギー収支の面で不都合なので，環境に応じて根粒の数を調節するしくみがあることが20年以上前に提唱されていました．この10年ほどの間に，この調節に関わる受容体キナーゼHAR1と分泌型ペプチド遺伝子CLE-RSが相次いで発見されましたが，CLE-RS遺伝子がつくり出す活性型ペプチドの構造と，HAR1との直接的な相互作用は未解明でした．今回私たちは，基生研・川口正代司教授らと共同でこの課題に取り組み，CLE-RS2の活性型構造がアラビノース糖鎖修飾を受けた13アミノ酸ペプチドであること，根でつくられたCLE-RS2は導管を通って地上部に移行し，そこで受容体キナーゼHAR1に直接結合することを示しました．この研究には，私たちの持つ微量ペプチド解析技術と，グリコペプチドの精密化学合成技術，そして受容体結合解析技術が大きく貢献しました．類似のペプチドと受容体はマメ科植物以外にも存在するため，それらがどのような役割を担っているのかに興味が持たれます．

朝日新聞に記事掲載．

LRR型受容体キナーゼのリガンド認識機構 Plant J (2012)

Biochemical mapping of a ligand-binding domain within Arabidopsis BAM1 reveals diversified ligand recognition mechanisms of plant LRR-RKs

Hidefumi Shinohara, Yuji Moriyama, Kentaro Ohyama and Yoshikatsu Matsubayashi*

Plant J. 70, 845-854 (2012)

植物において，種々の細胞間シグナルの認識に関わると考えられている細胞膜受容体の中で最大のグループを形成するのはロイシンリッチリピート（LRR）型受容体キナーゼです．LRRは24アミノ酸繰り返し構造からなる極めて規則的なタンパク質モチーフであり，典型的な受容体ではこの繰り返しが20回以上も連続してコイル状の構造となります．しかし，このような規則性の高いタンパク質モチーフがいかにして多様な構造のリガンドを認識しているのかについては多くの謎が残されています．そこで，私たちはCLV1/BAMファミリー受容体のひとつBAM1をモデルとして，リガンド結合部位の生化学的同定とホモロジーモデリング手法を用いた結合部位周辺の構造的考察を行ないました．その結果，BAM1のリガンド結合部位は，膜貫通領域から比較的離れたLRR6-LRR8であることが明らかとなり，この部分に変異を導入すると結合活性が失われることも確かめられました．興味深いことに，結合部位周辺のLRRのアミノ酸配列にはコンセンサスからのわずかな乱れが見出され，その乱れはすべてコイルの内側を向いていることがわかりました．リガンドはおそらくコイルの内側部分で認識されており，このわずかな配列の乱れが受容体のリガンド結合特異性を決定づけているものと考えられます．

根端メリステム形成を制御するペプチドホルモン Science (2010)

Secreted peptide signals required for maintenance of root stem cell niche in Arabidopsis

Yo Matsuzaki, Mari Ogawa-Ohnishi, Ayaka Mori and Yoshikatsu Matsubayashi*

Science 329, 1065-1067 (2010)

ペプチドホルモンの中には，翻訳後修飾を受けることではじめて本来の活性を示すものが少なくありません．そのため，翻訳後修飾を担う酵素遺伝子を破壊すると，その支配下にあるすべての修飾ペプチドホルモンが欠損し，その総和が表現型として表われます．私たちは，翻訳後修飾のひとつであるチロシン硫酸化に関わる酵素（TPST）をシロイヌナズナにおいて同定して以来，TPST遺伝子を破壊したシロイヌナズナ植物体（tpst-1）では，根端分裂組織の細胞分裂活性が顕著に低下し，根が極端に短くなることに注目していました．私たちは，ゲノム情報を用いて，硫酸化ペプチドホルモンの候補を絞り込み，さらに合成ペプチドを用いたバイオアッセイによって，細胞分裂活性の制御に関与するホルモンを見つけることに成功し，RGF（root meristem growth factor）と名付けました．RGFは根の幹細胞領域でのみ特異的に発現しており，幹細胞機能を調節する重要な転写因子PLETHORAの発現を制御しています．RGFはいわゆるニッチシグナルとして根の持続的な成長に中心的な役割を担っていると考えられます．

中日新聞，朝日新聞，読売新聞，日刊工業新聞に記事掲載．NHKの朝のテレビおよびラジオニュースで放送．This Week in Scienceで紹介．Science SignalingのEDITORS' CHOICEに記事掲載． Nature Chemical BiologyのResearch Highlightsに記事掲載．Faculty of 1000 Biologyにノミネート．

植物のチロシン硫酸化酵素をついに発見 PNAS (2009)

Identification of tyrosylprotein sulfotransferase in Arabidopsis

Ryota Komori, Yukari Amano, Mari Ogawa-Ohnishi and Yoshikatsu Matsubayashi*

PNAS 106, 15067-15072 (2009)

チロシン硫酸化は，真核生物において分泌経路で生産されるペプチドやタンパク質にしばしば見出される翻訳後修飾ですが，植物では私たちが同定したペプチドホルモンPSKおよびPSY1の2例が知られています．両者ともにチロシン硫酸化は生理活性の発現に必須なので，それに関与する酵素 tyrosylprotein sulfotransferase（TPST）の同定は，硫酸化ペプチドを研究する上で長年の課題でした．私たちは，シロイヌナズナ細胞の膜画分からTPSTを精製し，その実体が62 kDのゴルジ膜局在型タンパク質であることを明らかにしました．今回明らかとなった植物のTPSTと，既に明らかとなっていた動物のTPSTとの間に全く配列類似性がなかったことは，それぞれが独立して収斂進化を遂げたことを意味しており，分子進化の点で興味深いことです．TPST遺伝子を破壊したシロイヌナズナ植物体では，全身的な矮小化が観察されますが，特に根端の細胞分裂活性の低下は顕著で，細胞列にも乱れが生じます．未知の硫酸化ペプチドホルモンの存在を示唆する結果です．（追記）TPST欠損株で根端の細胞分裂活性が低いことがRGF発見のヒントになり，全身的な矮小化の理由はストレス応答と成長のトレードオフを制御するPSYの機能的欠損によることが後に明らかになりました．

動物TPSTの発見者であるKevin L. Moore博士によるコメント記事掲載．PNAS表紙に見出しとして掲載．Faculty of 1000 Biologyにノミネート．

茎頂メリステム幹細胞数を制御するグリコペプチド Nature Chem Biol (2009)

In silicoスクリーニングでペプチドホルモン候補を見出す Plant J (2008)

Identification of a biologically active small secreted peptide in Arabidopsis by in silico gene screening followed by LC-MS-based structure analysis

Kentaro Ohyama, Mari Ogawa and Yoshikatsu Matsubayashi*

Plant J. 55, 152-160 (2008)

植物でこれまでに知られている分泌型ペプチドホルモンには，構造的に大きく分けて2種類のタイプがあります．100アミノ酸程度の前駆体ペプチドがプロセシング（限定分解）や翻訳後修飾を受け，20アミノ鎖以下の成熟型ペプチドとなって分泌されるグループ（短鎖翻訳後修飾ペプチド）と，プロセシングをほとんど受けないかわりに分子内ジスルフィド結合を形成するグループです．本研究では，ゲノム上に数多くコードされている分泌型ペプチドの中から，いくつかの構造的特徴を指標として短鎖翻訳後修飾ペプチド型のペプチドホルモン候補を探索することを試みました．シロイヌナズナゲノムデータベースに公開されている31,835 ORFsについてin silicoスクリーニングを行なった結果，新しい前駆体ペプチドファミリーを見出し，さらにそれらの成熟型ペプチドが前駆体のC末端付近の15アミノ酸ペプチドであることを明らかにしました．CEP（C-terminally encoded peptide）と命名したこのペプチドは，過剰に与えると根の成長を抑制する活性を示しました．CEPは，主として根の側根基部で発現していますが，その機能に興味が持たれます．（追記）2014年に，CEPは根の窒素欠乏を葉に伝えるペプチドホルモンであることが明らかになりました．

CLV3ペプチドは受容体キナーゼCLV1に直接結合する Science (2008)

Arabidopsis CLV3 peptide directly binds CLV1 ectodomain

Mari Ogawa, Hidefumi Shinohara, Youji Sakagami and Yoshikatsu Matsubayashi*

Science 319, 294 (2008)

植物の茎の先端の分裂組織は茎頂分裂組織とよばれ，地上部のすべての器官をつくりだします．この茎頂分裂組織では，未分化な幹細胞状態の維持と器官分化とのバランスが常に保たれています．これまでにCLV1とCLV3という茎頂特異的な分子群が，このバランスの維持に重要な因子であることが知られていましたが，両者の分子レベルでの関係はよくわかっていませんでした．私たちは，独自に開発した技術で安定的に発現させたシロイヌナズナのCLV1タンパク質と放射性ラベルしたCLV3ペプチドを用いて，CLV3がCLV1に直接結合すること，すなわちリガンドと受容体の関係にあることを証明しました．両者が結合することで幹細胞数を一定に維持するための制御が働き，器官分化を持続的に正しく行なうことができます．CLV3やCLV1には構造的に類似したタンパク質が数多く知られていおり，これらの中からリガンドー受容体ペアを見つけ出していくことで，植物の巧みなかたちづくりのしくみが見えてくると期待されます．（追記）2009年に，私たちはCLV3の真の構造はグリコペプチドであり，糖鎖は受容体への結合親和性を高めることを見出しました．

中日新聞，日刊工業新聞，朝日新聞に記事掲載．Faculty of 1000 Biologyにノミネート．