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ケミカルバイオロジー

上田 実 Minoru Ueda

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上田実 (うえだみのる、1965年10月21日–)は日本の有機化学者である。東北大学教授・JSPS 日中韓フォーサイト事業「Asian Chemical Probe Research Hub」日本側代表者

経歴

1989 甲南大学理学部化学科卒業
1994 名古屋大学大学院農学研究科食品工業化学専攻 博士号取得 (後藤俊夫教授・磯部稔教授)
1994–1999 慶應義塾大学理工学部化学科 助手 (山村庄亮教授)
1999–2000 同大学 講師
2000–2001 同大学 専任講師
2001–2004 同大学 助教授 (天然物化学研究室主宰)
2004– 東北大学大学院理学研究科化学専攻 教授
2011–2015 新学術領域研究「天然物ケミカルバイオロジー:分子標的と活性制御」 領域代表者
2016– JSPS 日中韓フォーサイト事業「Asian Chemical Probe Research Hub」 日本側代表
2018– 公益財団法人 サントリー生命科学財団・サントリー生物有機科学研究所 理事
2018– 東北大学大学院生命科学研究科分子化学生物学専攻 教授(兼任)
2021– 日本ケミカルバイオロジー学会 顧問

受賞歴

1998 日本化学会第13回若い世代の特別講演会表彰
2000 第49回日本化学会進歩賞受賞
2003 第9回読売テクノフォーラム・ゴールドメダル賞(読売新聞社)受賞
2013 第29回植物化学調節学会賞

研究概要

植物ホルモンのシグナル伝達機構解明のためのケミカルツールの開発
植物ホルモンであるジャスモン酸(JA)は植物の老化や成長、食草昆虫に対する防御応答反応などに重要な役割を果たす。ジャスモン酸の活性本体である7-iso-(+)-ジャスモン酸イソロイシン(JA-Ile)は、F-boxタンパク質COI1とリプレッサータンパク質JAZの相互作用を誘導し、様々な遺伝子の転写を活性化することが知られている[1]。ジャスモン酸の誘導体でありCOI1-JAZ共受容体のアゴニストである植物毒素コロナチンはJAと同様の生理活性を示す一方、JAにはない植物の気孔を開口させる生理作用をもつ(この気孔開口作用は、病原菌が感染する経路の確保に関与すると考えられていた)。
上田らは、コロナチンの立体選択的合成法を開発した[2]。さらにコロナチンの蛍光ラマンプローブを用いて、その気孔開口作用はCOI1-JAZ共受容体とは異なる受容体を介することを証明し、植物病原菌の感染経路の新規作用機構解明を果たした[3]。また、COI1-JAZ共受容体のサブタイプ選択的なアゴニストの合理的な分子設計により、COI1-JAZ9/10サブタイプ選択的なアゴニストNOPhを報告した[4]。NOPhは植物の生長に影響することなく、病原菌に対する防御応答を選択的に引き起こす作用をもつことから、病原菌耐性の応答に重要なJAZサブタイプの特定も達成した。さらに、本研究過程において、定量的かつ簡便なCOI1-JAZ共受容体への結合を安定に評価する方法論の構築にも成功している[5]


マメ科植物の就眠運動を制御する生理活性分子のケミカルバイオロジー
マメ科植物は、昼に葉を開き、夜になると葉を閉じる、概日性リズムに従った就眠運動を行う。この現象は、植物の葉を開く覚醒物質(Leaf-Opening Factor; LOF)と、葉を閉じる就眠物質(Leaf-Closing Factor; LCF)の二種の生理活性物質によってコントロールされている。山村研時代に、上田らは、これら生理活性物質を利用することで、生物時計により酵素グリコターゼが活性化され生理活性物質の濃度バランスが変化し就眠運動が引き起こるというメカニズムを解明した[6]。独立してからも、分子プローブを用いた独自の手法で標的タンパク質の同定およびさらなる植物の就眠運動のメカニズム解明を行っている。
例えば、Albizzia samanのLCFであるPotassium b-D-Glucopyranosyl 12-Hydroxy Jasmonateにおいて、エナンチオマープローブをコントロールとして用い、葉枕の運動細胞および膜タンパク質MTJGを標的としていることを報告した[7]。エナンチオマープローブは天然型分子プローブと標的タンパク質との結合能以外の化学的性質が等しい。そのため、生物個体を用いた同定法で問題となる、静電相互作用などに基づく非特異的結合を排除でき、真の標的タンパク質の特定が可能となった(エナンチオディファレンシャル法)。また、本分子の構造活性相関研究によって、配糖体部位の立体化学が生理活性に重要であることも見いだした[8]

タンパク質リガンド結合型カルシウムインジケーターの開発
カルシウムイオン(Ca2+)は、細胞生物学において重要なセカンドメッセンジャーであり、細胞内でのCa2+の動態を明らかにするために、カルシウムインジケーターの開発が精力的に行われている。これまでに報告されているカルシウムインジケーターは植物細胞内での局在制御が困難であった。そこで上田らは、高い細胞透過性と標的タンパク質に対する強い生理活性を示す天然物のリガンド-タンパク質相互作用に着目した。Ca2+依存性プロテインホスファターゼに影響の与えない天然物由来のタンパク質リガンドSLFを用いた蛍光カルシウムインジケーターを設計・合成し、植物細胞内でのCa2+の動態をモニターすることを可能にした[9]

コメント&その他

  • 山村研時代には、多くの覚醒・就眠物質の単離・構造決定に成功した[10]。33歳の頃にAlbizzia samanの就眠物質ジャスモン酸グルコシドを単離構造決定したのが最後の実験である[10m][10n]

 

  • 大学2年生のときに中西香爾先生の講演を聞いたことがきっかけとなり、化学者の道へ進む。中西先生が平田一門の所属であることを知り、同門の後藤俊夫先生の門を叩いた(日本人化学者インタビューより)。
  • 趣味は猫。料理が得意。

関連文献

  1. Ueda,M.; Kaji, T.; Kozaki, W. Recent Advances in Plant Chemical Biology of Jasmonates.  Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 1124. DOI: 10.3390/ijms21031124
  2. (a) Kato, N.; Miyagawa, S.; Nomoto, H.; Nakayama, M.; Iwashita, M.; Uwda, M. A Scalable Synthesis of (+)-Coronafacic Acid. Chirality 2019, 32, 423– DOI: 10.1002/chir.23172 (b) Watanabe, R.; Kato, N.; Hayashi, K.; Tozawa, S.; Ogura, Y.; Kuwahara, S.; Ueda, M. Stereoselective Syntheses of all the Possible Stereoisomers of Coronafacic Acid. ChemistryOpen 2020, 9, 1008–1017. DOI: 10.1002/open.202000210
  3. (a) Egoshi, S.; Takaoka, Y.; Saito, H.; Nukadzuka, Y.; Hayashi, K.; Ishimaru, Y.; Yamakoshi, H.; Dodo, K.; Sodeoka, M.; Ueda, M. Dual Function of Coronatine as a Bacterial Virulence Factor Against Plants-Possible COI1-JAZ-Independent Role. RSC Adv. 2016, 6, 19404– DOI: 10.1039/c5ra20676f(b) Ueda, M.; Egoshi, S.; Dodo, K.; Ishimaru, Y.; Yamakoshi, H.; Nakano, T.; Takaoka, Y.; Tsukiji, S.; Sodeoka, M. Noncanonical Function of a Small-Molecular Virulence Factor Coronatine Against Plant Immunity: an in Vivo Raman Imaging Approach. ACS Cent. Sci. 2017, 3, 462–472. DOI: 10.1021/acscentsci.7b00099
  4. Takaoka, Y.; Iwahashi, M.; Chini, A.; Saito, H.; Ishimaru, Y.; Egoshi, S.; Kato, N.; Tanaka, M.; Bashir, K.; Seki, M.; Solano, R.; Ueda, M. A Rationally Designed JAZ Subtype-Selective Agonist of Jasmonate Perception. Nat. Commun. 2018, 9, 3654. DOI: 10.1038/s41467-018-06135-y
  5. Takaoka, Y.; Nagumo, K.; Azizah, I. N.; Oura, S.; Iwahashi, M.; Kato, N.; Ueda, M. A Comprehensive in Vitro Fluorescence Anisotropy Assay System for Screening Ligands of the Jasmonate COI1–JAZ Co-Receptor in Plants. J. Biol. Chem. 2019, 294, 5074–5081. DOI: 10.1074/jbc.RA118.006639
  6. (a) Ueda, M.; Ohnuki, T.; Yamamura, S. The Enzymatic Transformation of Leaf-Movement Factor in Lespedeza cuneate Don Controlled by a Biological Clock. Chem. Lett, 1998, 27, 179–180. DOI: 10.1246/cl.1998.179 (b) Ueda, M.; Asano, M.; Sawai, Y.; Yamamura, S. Leaf-Movement Factors of Nycfinastic Plant, Phyllanthus urinaria L.; The Universal Mechanism for the Regulation of Nycthmstic Leaf-Movement. Tetrahedron 1999, 55, 5781–5792. DOI: 10.1016/S0040-4020(99)00236-7 (c) Ueda, M.; Yamamura, S. Chemistry and Biology of Plant Leaf Movements. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 1400–1414. DOI: 10.1002/(sici)1521-3773(20000417)39:8<1400::aid-anie1400>3.0.co;2-z
  7. (a) Nakamura, Y.; Miyatake, R.; Inomata, S.; Ueda, M. Synthesis and Bioactivity of Potassium b-D-Glucopyranosyl 12-Hydroxy Jasmonate and Related Compounds. Biosci. Biotechnol. Biochem. 2008, 72, 2867–2876. DOI: 10.1271/bbb.80338 (b) Nakamura, Y.; Miyatake, R.; Matsubara, A.; Kiyota, H.; Ueda, M. Enantio-Differential Approach to Identify the Target Cell for Glucosyl Jasmonate-type Leaf-Closing Factor, by Using Fluorescence-Labeled Probe Compounds. Tetrahedron 2006, 62, 8805–8813. DOI: 10.1016/j.tet.2006.06.092 (c) Nakamura, Y.; Miyatake, R.; Ueda, M. Enantiodifferential Approach for the Detection of the Target Membrane Protein of the Jasmonate Glycoside that Controls the Leaf Movement of Albizzia saman. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7289–7292. DOI: 10.1002/anie.200801820 (d) Nakamura, Y.; Mithöfer, A.; Kombrink, E.; Boland, W.; Hamamoto, S.; Uozumi, N.; Tohma, K.; Ueda, M. 12-Hydroxyjasmonic Acid Glucoside Is a COI1-JAZ-Independent Activator of Leaf-Closing Movement in Samanea saman. Plant Physiol. 2011, 155, 1226–1236. DOI: 10.1104/pp.110.168617
  8. Ueda, M.; Yang, G.; Nukadzuka, Y.; Ishimaru, Y.; Tamura, S.; Manabe, Y. Functional Importance of the Sugar Moiety of Jasmonic Acid Glucoside for Bioactivity and Target Affinity. Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 55–58. DOI: 10.1039/C4OB02106A
  9. (a) Takaoka, Y.; Shigenaga, M.; Imai, M.; Nukadzuka, Y.; Ishimaru, Y.; Saito, K.; Yokoyama, R.; Nishitani, K.; Ueda, M. Protein Ligand-Tethered Synthetic Calcium Indicator for Localization Control and Spatiotemporal Calcium Imaging in Plant Cells. Bioorg Med Chem Lett. 2016, 26, 9–14. DOI: 1016/j.bmcl.2015.11.055 (b) Takaoka, Y.; Imai, M.; Shigenaga, M.; Ueda, M. Design and Synthesis of a Second-Generation Ligand-Tethered Calcium Indicator for Plant Cell Biology Based on the Fundamental Analyses of the Structure and Physical Property. Tetrahedron 2017, 73, 3079–3085. DOI: 10.1016/j.tet.2017.04.023
  10. (a) Ueda, M.; Ohnuki, T.; Yamamura, S. The Chemical Control of Leaf-Movement in a Nyctinastic Plant, Lespedeza cuneata Don. Tetrahedron Lett. 2000, 38, 2497–2500. DOI: 10.1016/S0040-4039(97)00376-6 (b) Ueda, M.; Shigemori-Suzuki, T.; Yamamura S. Phyilanthurinolactone, a Leaf-closing Factor of Nyctinastic Plant, Phyllanthus urinaria L. Tetrahedron Lett. 1995, 36, 6267–6270. DOI: 10.1016/0040-4039(95)01256-H (c) Ueda, M.; Yamamura, S. Potassium b-D-Glucopyranosyl 11-Hydroxyjasmonate, a Leaf-Closing Substance of Albizziajulibrissin Durazz. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 7823–7826. DOI: 10.1016/S0040-4039(99)01628-7 (d) Ueda, M.; Okazaki, M.; Ueda, K.; Yamamura S. A Leaf-Closing Substance of Albizzia julibrissin Durazz. Tetrahedron2000, 56, 8101–8105. DOI: 10.1016/S0040-4020(00)00729-8 (e) Ueda, M.; Niwa, M.; Yamamura, S.; Trigonelline, a Leaf-Closing Factor of the Nyctinastic Plant, Aeschynomene Indica. Phytochemistry 1995, 39, 817–819. DOI: 10.1016/0031-9422(95)00064-E (f) Ueda, M.; Yamamura, S. Leaf-Closing Substance of Mimosa pudica L.; Chemical Studies on Another Leaf Movement of Mimosa II. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 2981–2984. DOI: 10.1016/S0040-4039(99)00342-1 (g) Ueda, M.; Sohtome, Y.; Ueda, K.; Yamamura, S. Potassium 2,3,4-Trihydroxy-2-Methylbutanoate, a Leaf-Closing Substance of Leucaena leucocephalam. Tetrahedron Lett. 2001, 42, 3109–3111. DOI: 10.1016/S0040-4039(01)00380-X (h) Sohtome, Y.; Tokunaga, T.; Ueda, K.; Yamamura, S.; Ueda, M. Leaf-Closing Substance in Leucaena leucocephalam. Biosci. Biotechnol. Biochem. 2002, 66, 51–56. DOI: 10.1271/bbb.66.51 (i) Ueda, M.; Ohnuki, T.; Yamamura, S. Leaf-Opening Substance of a Nyctinastic Plant, Cassia mimosoies. Phytochemistry 1998, 49, 633–635. DOI: 10.1016/S0031-9422(98)00134-4 (j) Ueda, M.; Asano, M.; Yamamura S. Phyllurine, Leaf-Opening Substance of a Nyctinastic Plant, Phyllanthus urinaria L. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 9731–9734. DOI: 10.1016/S0040-4039(98)02237-0 (k) Ueda, M.; Tashiro C.; Yamamura, S. cisp-Coumaroylagmatine, the Genuine Leaf-Opening Substance of a Nyctinastic Plant, Albizzia julibrissin Durazz. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 3253–3256. DOI: 10.1016/S0040-4039(97)00578-9 (l) Ueda, M.; Hiraoka, T.; Niwa, M.; Yamamura, S. Potassium Aeshynomate, a Leaf-Opening Substance of Aeshynomene indica L., Containing a Novel n-Amino Acid. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 6777–6780. DOI: 10.1016/S0040-4039(99)01198-3 (m) Ueda, M.; Yamamura, S. Leaf-Opening Substance of Mimosa pudica L.; Chemical Studies on the Other Leaf Movement of Mimosa. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 353–356. DOI: 10.1016/S0040-4039(98)02349-1 (n) Ueda, M.; Yamamura, S. The Chemistry of Leaf-Movement in Mimosa pudica L.; Tetrahedron 1999, 55, 10937–10948. DOI: 10.1016/S0040-4020(99)00619-5 (o) Takada, N.; Kato, N.; Ueda. K.; Yamamura, S.; Ueda, M. A Novel Leaf-Movement Inhibitor of a Nyctinastic Weed, Sesbania exaltata Cory, Designed on a Naturally Occurring Leaf-Opening Substance and its Application to a Potential, Highly Selective Herbicide Tetrahedron Lett. 2002, 43, 7655–7658. DOI: 10.1016/S0040-4039(02)01848-8

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