研究業績 2021年度
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原著論文
- Uemura T, Wang J, Aratani Y, Gilroy S, Toyota M (2021) Wide-field, real-time imaging of local and systemic wound signals in Arabidopsis. J Vis Exp 172: e62114
- 植物が傷害を受けると、高速なCa2+シグナルが全身へと伝播し、傷害を受けていない組織においても抵抗性反応が迅速に誘導される。このような傷害誘導性長距離Ca2+シグナルは、細胞外領域に放出されたグルタミン酸によって誘導されることが、当研究室の先行研究によって明らかにされている。本論文は、傷害によって発生する長距離Ca2+シグナルと、細胞外のグルタミン酸動態を広視野レベルで可視化するための実験手法についてまとめたものであり、シグナル伝播速度の算出方法についても紹介している。（細胞情報：豊田）
- Ma T, Sato M, Komiya M, Kanomata K, Watanabe T, Feng X, Miyata R, Tadaki
D, Hirose F, Tozawa Y, Hirano-Iwata A (2021) Lateral voltage as a new input for artificial lipid bilayer systems. Faraday Discussions 233: 244-256
- 創薬の主要標的でもあるイオンチャネルタンパク質の機能解析は電気生理学的手法を必要とする。平板膜法は夾雑タンパク質の影響を排除したイオンチャネルの単分子解析に適するが、イオンチャネルが不活性化しやすく、長時間の機能解析が困難であった。この共同研究グループでは、平野CRESTプロジェクトの成果として、横電界を付与する平板膜法の新規デバイス開発により、イオンチャネルの再活性化を可能とするシステムを開発した。（タンパク質科学：戸澤）
- Takahashi D, Willick I, Kasuga J, Livingston III DP (2021) Responses of the Plant Cell Wall to Sub-Zero Temperatures: A Brief Update.
Plant Cell Physiol 62:1858-1866
- 凍結温度に対する植物の応答については、細胞膜の傷害を緩和するというメカニズムが一般的な理解となっている。一方で、凍結傷害の軽減における細胞壁の役割に関しては多くの疑問が残っている。本総説では、氷核形成の概要を解説するとともに、植物がどのように氷の形成の時空間的位置を制御しているのかを考察している。また、過冷却を促進する細胞壁構造の重要性や、それらを制御する低温応答性タンパク質の機能に関しても議論している。（植物糖鎖：高橋）
- Ma T, Sato M, Komiya M, Kanomata K, Watanabe T, Feng X, Miyata R, Tadaki
D, Hirose F, Tozawa Y, Hirano-Iwata A (2021) Lateral voltage as a new input for artificial lipid bilayer systems. Faraday Discussions 233: 244-256
- 創薬の主要標的でもあるイオンチャネルタンパク質の機能解析は電気生理学的手法を必要とする。平板膜法は夾雑タンパク質の影響を排除したイオンチャネルの単分子解析に適するが、イオンチャネルが不活性化しやすく、長時間の機能解析が困難であった。この共同研究グループでは、平野CRESTプロジェクトの成果として、横電界を付与する平板膜法の新規デバイス開発により、イオンチャネルの再活性化を可能とするシステムを開発した。（タンパク質科学：戸澤）
- Ailizati A, Nagahage ISP, Miyagi A, Ishikawa T, Kawai-Yamada M, Demura T, Yamaguchi M (2021) An Arabidopsis NAC domain transcription activator VND7 negatively regulates VNI2 expression.
Plant Biotechnol 38: 415–420
- VND7は、様々な遺伝子発現を正に制御することで、道管要素分化を促進する。一方、同じくNACドメイン転写因子であるVNI2は、結合することでVND7の転写機能を阻害することで道管形成を負に制御する。本研究では、VND7はVNI2の発現を負に制御することを明らかにした。この結果は、道管形成過程において、VND7とVNI2との間に双方向性の機能制御機構の存在を示唆している（植物環境科学：山口、川合、石川）
- Feijao C, Morreel K, Anders N, Tryfona T, Busse-Wicher M, Kotake T, Boerjan
W, Dupree P (2021) Hydroxycinnamic acid-modified xylan side chains and their cross-linking
products in rice cell walls are reduced in the Xylosyl arabinosyl substitution of xylan 1 mutant. Plant J 109: 1152-1167
- 植物の細胞壁を構成する多糖類の一つにアラビノキシランがある。この多糖類は特に稲や小麦などのイネ科植物ではセルロースに次いで豊富に含まれている。アラビノキシランでところどころに見られるL-アラビノースという糖の側鎖は、さらにフェルラ酸などで修飾されている。一方で、このL-アラビノースは同時にキシロースという糖でも修飾されている。イネのxax1変異体はこのキシロース修飾が異常な変異体であることが知られていたが、本研究ではXAX1はフェルラ酸などの修飾に関わることが示唆された。フェルラ酸はほかのフェルラ酸と重合することでキシランの分子間架橋を形成し、細胞壁を強くすると考えられている。XAX1はイネ科植物の植物体強度の向上に貢献している可能性がある。本研究は、イギリス・ケンブリッジ大学との共同研究の成果である。（植物糖鎖：小竹）
- Takada T, Hama K, Sasaki T, Otsuka Y (2021) The hokW-sokW locus encodes a type I toxin-antitoxin system that facilitates
the release of lysogenic Sp5 phage in enterohemorrhagic Escherichia coli O157. Toxins (Basel) 13:796
- 細菌のトキシン－アンチトキシン系（以下、TA）は、自身の増殖を制御するしくみで、様々な現象に関与します。TAの遺伝子座は細菌ゲノムだけでなくファージゲノムにも存在します。しかし、その生物学的役割は不明です。本論文では、大腸菌O157株に感染するSp5ファージのHokW-SokW TAを対象として、ストレス後に発現するHokWトキシンが細胞膜に損傷を与え、細胞内の子孫ファージの放出を促進することを見出しました。本成果はファージがもつTAの役割を初めて明らかにするものです。（分子微生物学：大塚）
- Matsuoka S, Shimizu Y, Nobe K, Matsumoto K, Asai K, Hara H (2021) Glucolipids and lipoteichoic acids affect the activity of SigI, an alternative
sigma factor, and WalKR, an essential two-component system, in Bacillus subtilis. Genes to Cells 27: 77-92
- 枯草菌の細胞膜にはリン脂質の他に糖脂質が含まれる。糖脂質は細胞膜の成分としてだけでなく、細胞表層の負電荷ポリマーであるリポテイコ酸合成の基質（膜アンカー）としても働き、枯草菌の細胞表層の恒常性維持に重要であると考えられる。分子遺伝学的解析から、糖脂質とリポテイコ酸が細胞壁（ペプチドグリカン）の分解に関わる必須二成分制御系WalKRと副次的シグマ因子SigIの制御に影響を与えることを明らかにした。（微生物脂質科学：松岡）
- Takahashi T, Heaton SM, Parrish NF (2021) Mammalian antiviral systems directed by small RNA. PLoS Pathogens 17:
e1010091
- ウイルスがヒトに感染すると、自然免疫と獲得免疫により生体が防御されます。加えて近年、RNAによる免疫の重要性が明らかになりつつあります。本総説は、小分子ノンコーディングRNAであるsiRNA、miRNA、piRNA、tRNAフラグメントによる抗ウイルス活性と、自然免疫・獲得免疫との関連性、核酸医薬としての応用展開についてまとめ、考察しました。（遺伝子発現制御：高橋）
- Nishigaki N, Yoshimi Y, Kuki H, Kunieda T, Hara-Nishimura I, Tsumuraya Y, Takahashi D, Dupree P, Kotake T (2021) Galactoglucomannan structure of Arabidopsis seed-coat mucilage in GDP-mannose synthesis impaired mutants. Physiol
Plant 173: 1244-1252
- コンニャクの主成分でもあるグルコマンナンは、その糖鎖の配列に多様性がある。コンニャクのグルコマンナンは、グルコースとマンノースの並びがランダムであるのに対して、シロイヌナズナの種子分泌多糖のグルコマンナンはグルコースとマンノースが交互に並ぶ。過去の研究では、原料物質であるGDP-マンノースとGDP-グルコースの量比がこれを決めていることが提案されていた。今回、GDP-マンノース合成が異常な2種類のシロイヌナズナ変異体で種子分泌多糖のグルコマンナンを調べたところ、量は半減するものの、グルコースとマンノースが交互に並ぶ構造は全く変わっていないことがわかった。本研究から、グルコマンナンの糖鎖構造は今まで考えられていた原料物質の量比ではなく、糖をつなげる酵素CslAの性質によって決まっている可能性が示された。（植物糖鎖：小竹）
- Tsai AY, Iwamoto Y, Tsumuraya Y, Oota M, Konishi T, Ito S, Kotake T, Ishikawa
H, Sawa S (2021) Root-knot nematode chemotaxis is positively regulated by l-galactose sidechains
of mucilage carbohydrate rhamnogalacturonan-I. Sci Adv 7: eabh4182
- 作物の根などに寄生して農作物を枯らしたり、商品価値を奪ったりしてしまうサツマイモネコブセンチュウが植物細胞壁の成分である「ラムノガラクツロナン-I (RG-I)」に集まることに着目し、RG-Iの中のL型ガラクトース-L型ラムノ―スという2糖構造が線虫誘引活性に特に重要であることを突き止めた。線虫誘引物質の一つが分かったことで、植物と線虫の相互作用の研究だけでなく、線虫トラップ剤の開発という農業的な利用にも貢献できることが期待される。本研究は、熊本大学、千葉大学、東京農業大学、琉球大学との共同研究の成果である。（植物糖鎖：小竹）
- Cao YL et al. (2021) Wolfberry genomes and the evolution of Lycium (Solanaceae).
Commun Biol 4: 671
- 杏仁豆腐の上に実が載せられたり、東アジア・東南アジアでは薬に利用されるなど、用途が広い植物して知られるナス科クコ属の植物のゲノムを解析した。同じナス科に属するトマトとの間に、花や実の形成に関わる一部の遺伝子発現で違いが見られ、ナス科植物に多様化の一端が示唆された。本研究は、国際共同研究の成果である。（植物糖鎖：小竹）
- Takamura D, Yamazaki A, Sakuma N, Hirose S, Takani Y, Yamashita S, Sakai
M, Oshima M, Kuroki M, Tozawa Y (2021) Catalytic promiscuity of rice 2-oxoglutarate/Fe(II) dependent dioxygenases
supports xenobiotic metabolism. Plant Physiol 187: 816-828
- ５種類の除草剤に抵抗性を付与するイネHIS1遺伝子のコードタンパク質の機能についてのSDSバイオテックと農研機構との共同研究。新たにHIS1とその類似酵素HSLの一部が、植物の徒長抑制や種子成熟を目的に使用される植物成長制御剤トリネキサパックエチルを水酸化修飾することを明らかにした。HIS1はオキソグルタル酸依存型ジオキシゲナーゼに属する酵素であるが、このブロードな基質特異性は、チトクロムP450ジオキシゲナーゼに匹敵するユニークな特徴であり、生体異物代謝(xenobiotic metabolism)へ寄与していることを示した。（タンパク質科学：戸澤）
- Nurkanto A, Jeelani G, Santos HJ, Rahmawati Y, Mori M, Nakamura Y, Goto
K, Saikawa Y, Annoura T, Tozawa Y, Sakura T, Inaoka DK, Shiomi K, Nozaki
T (2021) Characterization of Plasmodium falciparum pantothenate kinase and identification of its inhibitors from microbial
natural products. Front Cell Infect Microbiol 11: 639065
- 年に世界で50万件余りの感染死の原因となっている熱帯熱マラリア原虫を対象とした東京大学医学部などとの共同研究。無細胞タンパク質合成技術を利用した酵素タンパク質pantothenate kinaseの調製法を確立した。この酵素を標的として微生物生産化合物から特異的阻害剤を探索する系を構築し、いくつかの候補化合物を選抜した。（タンパク質科学：戸澤）
- Steshin M, Ishikawa T (2021) Liquid chromatography-tandem mass spectrometry with a new separation mode
for rapid profiling of the Z/E isomers of plant glucosylceramides. J Chromatogr
B 122807
- セラミドはスフィンゴ脂質の疎水骨格として生体膜を構成している。植物にはセラミド長鎖塩基Δ8位の不飽和結合に固有のシス・トランス異性が存在し、細胞膜の流動性に異なる影響を与えることで低温応答や酸性土壌のアルミニウム耐性に寄与している。しかしながら、複雑な構造と多様性を持つスフィンゴ脂質の立体異性体を分離することは困難で、これまでは構成要素にまで化学分解するか、長時間の分離過程を要していた。本論文では、分子形状を選択的に認識するコレステロール固定化HPLCカラムによる化学分離と質量分析装置による高感度検出を組合せ、植物の主要スフィンゴ脂質であるグルコシルセラミドのシス・トランス異性体をわずか20分以内に網羅定量する新規手法を確立した。これにより、作物のストレス耐性向上に資するセラミド形質の定量的評価や、植物セラミド異性体のさらなる機能研究が加速することが期待される。（植物環境科学：石川）
- Kunichika K, Nakamura R, Fujishiro T, Takahashi Y (2021) The structure of the dimeric state of IscU harboring two adjacent [2Fe-2S]
clusters provides mechanistic insights into cluster conversion to [4Fe-4S].
Biochemistry 60: 1569-1572
- 鉄硫黄クラスターの生合成系（ISCマシナリー）では、IscUにおいて新規にクラスターが形成される。このクラスターはたいへん不安定なため、これまで解析が進んでいなかったが、例外的に好熱性古細菌Methanothrix thermoacetophila IscUのクラスターは安定性が高いことを見出した。このタンパク質のX線結晶構造解析に成功し、二量体の会合面に２つの [2Fe-2S] クラスターを集積した、独特な構造を世界に先駆けて決定した。また、溶液中で還元剤を加えると、２つの [2Fe-2S] から [4Fe-4S] へのクラスター変換が起こることを実証した。これらの知見から、クラスターの組み立てと変換を担う構造基盤が明らかになった。（分子統御：藤城、高橋）
- Fujishiro T, Ooi M, Takaoka K (2021) Crystal structure of Escherichia coli class II hybrid cluster protein, HCP, reveals a [4Fe-4S] cluster at the
N-terminal protrusion. FEBS J 288: 6752-6768
- Hybrid cluster protein (HCP)は、自然界では珍しい「鉄-硫黄-酸素クラスター」を活性部位に有する金属酵素であり、I、II、III型の３つのクラスが知られている。今回、II型HCPのX線結晶構造を世界で初めて決定しその特徴的なN末端側の[4Fe-4S]クラスター結合ループが、HCPが電子を外部から受け取るのに重要となる仕組みを明らかにした。（分子統御：藤城）
- Suga A, Kawaguchi M, Yonesaki T, Otsuka Y (2021) Manipulating interactions between T4 phage long tail fibers and Escherichia coli receptors. Appl Environ Microbiol 87: e00423-21
- 近年、薬剤耐性菌の蔓延が深刻な社会問題となり、抗生物質に代わる抗菌対策が求められている。我々の研究室では、細菌に感染するファージを抗菌対策に利用するファージ療法の研究に取り組んでいる。ファージの宿主特異性を分子レベルで理解することはファージ療法の発展につながる。本研究では、T4ファージと大腸菌を材料に、宿主特異性を決定するファージと細菌の吸着機構に着目した。まず、吸着の最初のステップであるファージ尾繊維と大腸菌レセプタータンパク質（OmpC）の相互作用を解析したところ、相互作用には複数のアミノ酸が関与しており、相互作用領域における両タンパク質の構造（形状）が重要であることが分かった。さらに、レセプター分子と相互作用するファージ尾繊維の先端領域に人為的な変異を導入し、宿主域が変化したファージ変異体の単離を試みた。その結果、病原性大腸菌O157株のレセプター分子（OmpCやリポ多糖）に結合できるT4ファージ変異体の単離に成功した。この結果は、O157株に対するファージ療法に改変T4ファージを利用できることを強く示唆した。本研究の成果は、Appl. Environ. Microbiol.のSpotlightに取り上げられた（volume 87, DOI:10.1128/AEM.00843-2）。（分子微生物学：大塚）
- Takahashi D, Johnson KL, Hao P, Tuong T, Erban A, Sampathkumar A, Bacic A, Livingston III DP, Kopka J, Kuroha T, Yokoyama R, Nishitani K, Zuther E, Hincha DK (2021) Cell wall modification by the xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase
XTH19 influences freezing tolerance after cold and sub‐zero acclimation.
Plant Cell Environ 44: 915-930
- 植物が凍結温度にさらされると、細胞外凍結によって細胞の脱水や変形を引き起こす。多くの植物は気温の低下を感知して耐凍性を向上させる「低温馴化」や、マイルドな凍結ストレスによってより高い耐凍性が誘導される「氷点下温度馴化」を行う。本研究では、細胞外の凍結を制御していると考えられる「細胞壁」の主要多糖であるキシログルカンに着目した。この糖鎖構造を制御している酵素「キシログルカン 転移酵素/加水分解酵素（XTH）」は馴化過程で発現が誘導される細胞壁関連遺伝子であり、変異体の解析によりこの酵素が植物の凍結耐性に関与していることを見出した。これらの研究結果は、これまでほとんど明らかになっていなかった馴化過程での細胞壁リモデリングの重要性を示すものである。 （植物糖鎖：高橋）
- Ishikawa Y, Cassan C, Kadeer A, Yuasa K, Sato N, Sonoike K, Kaneko Y, Miyagi
A, Takahashi H, Ishikawa T, Yamaguchi M, Nishiyama Y, Hihara H, Gibon Y,
Kawai-Yamada M (2021) The NAD kinase Slr0400 functions as a growth repressor in Synechocystis sp. PCC 6803. Plant Cell Physiol 62: 668–677
- NADキナーゼは、NAD+をリン酸化してNADP+を合成する酵素である。NADP+は光合成電子伝達の電子受容体であることから、光合成に必須の役割を持つと推測されたが、その詳細は不明であった。本研究では、シアノバクテリアのNADキナーゼをコードする遺伝子slr0400を破壊した株を作成し調べた結果、培地にグルコースを含む複数の増殖条件で、野生型株よりも早く増殖することが示された。さらに解糖系やTCA回路の代謝物量と酵素活性を測定した結果、本因子がグルコースをエネルギー源とした細胞増殖を抑制し、光合成の実行を促す役割を担っていることが明らかとなった。 （植物環境科学：川合、山口、石川、遺伝子発現制御：日原、環境応答：西山、高橋拓）
- Fujishiro T, Ogawa S (2021) The nickel-sirohydrochlorin formation mechanism of the ancestral class II chelatase CfbA in coenzyme F430 biosynthesis.
Chem Sci 12:2172
- II型キラターゼ酵素の祖先型とされるCfbA酵素は、 補因子F430の生合成系において、環状テトラピロール化合物の1つであるシロヒドロクロリンに対してNi2+を挿入する反応を触媒する。 本研究では、基質結合型、生成物結合型、反応中間体型のCfbA酵素のX線結晶構造解析により、その触媒機構の解明に成功した。 これらの研究結果は、II型キラターゼ酵素の分子構造の多様性と基質選択性の関連について重要な知見を与えるものである。（分子統御：藤城）
- Sato S, Matsushima Y, Kanazawa M, Tanaka N, Fujishiro T, Kunichika K, Nakamura
R, Tomioka H, Wada K, Takahashi Y (2021) Evidence for dynamic in vivo interconversion of the conformational states of IscU during iron-sulfur
cluster biosynthesis. Mol Microbiol 115: 807-818
- 鉄硫黄クラスター生合成系ISCマシナリーにおいて、その必須成分である分子シャペロン（HscAB）の機能をバイパスする二次的な変異をIscU内に（複数）見出し、それら変異型タンパク質の遺伝生化学的な解析からIscUはクラスターを新規に形成してそれを移行させる過程の中で、structured型とdenatured型の２つのコンフォメーション状態をとる必要があることを明らかにした。（分子統御：高橋康、藤城）
- Nakamoto H, Yokoyama Y, Suzuki T, Miyamoto Y, Fujishiro T, Morikawa M, Miyata Y (2021) A cyclic lipopeptide surfactin is a species-selective Hsp90 inhibitor that
suppresses cyanobacterial growth. J Biochem 170: 255-264
- Hsp90、Hsp70、低分子量Hspなどの分子シャペロンが、がんや神経変性難病など、さまざまな病気に関与することが明らかにされています。バクテリアのHsp90は、ストレス耐性に加えて病原菌の感染等にも関与します。このようなことを背景に、分子シャペロンはさまざまな病気の分子標的になっていますが、分子シャペロンの構造が進化的によく保存されているために、特定のホモログのみを阻害する薬剤の開発は困難な課題です。分子シャペロンは細胞のサイトゾル以外にも細胞小器官にも存在し、それぞれの場所で重要なはたらきをします。薬剤がどのホモログにも無差別にはたらくと、薬の副作用が生じるかもしれません。私たちは、環状リポペプチドであるサーファクチンが、シアノバクテリアのHsp90を阻害するけれども、大腸菌や酵母、ヒトのHsp90は阻害しないことを発見しました。我々の結果は、環状（リポ）ペプチドが、類似タンパク質に非常に高い特異性をもってはたらくことも示唆するものです。（代謝学：仲本）
- Akter T, Nakamoto H (2021) pH-mediated control of anti-aggregation activities of cyanobacterial and
E.coli chaperonin GroELs. J Biochem 169: 351-361
- シアノバクテリアは、大腸菌とは異なり、光合成を行ないます。光エネルギーによって電子伝達が駆動されますが、その際にチラコイド膜を介して（膜内外に）プロトンの濃度勾配が生じます。この濃度勾配の結果として葉緑体のストローマやシアノバクテリアのサイトゾルのpHが、中性付近からアルカリ側に（大きく）変化します。私たちは、シアノバクテリアのGroELのシャペロン活性（変性タンパク質の凝集を抑制する活性）が（中性域に比べて）アルカリ側で著しく「活性化」されることを発見しました。これは、光合成が支障なく起こるように、光合成に関係するタンパク質を分子シャペロンが「守る」ことを示唆するものです。（代謝学：仲本）
- Kondo T, Kichijo Y, Nakaya M, Takenaka S, Arakawa T, Kotake T, Fushinobu S, Sakamoto T (2021) Functional and structural characterization of a novel 4-O-α-L-rhamnosyl-β-D-glucuronidase
from Fusarium oxysporum. FEBS J 28: 4918-4938
- アラビノガラクタン-プロテイン（AGP）の糖鎖はβ-1,3-ガラクタン主鎖やβ-1,6-ガラクタン側鎖は植物種を超えてよく保存されているが、糖鎖末端の構造は多様である。ガムアラビックと呼ばれる、アカシアの樹液として得られるAGPの糖鎖には、L-ラムノ―ス-グルクロン酸という末端構造がみられる。大阪府立大学を中心とする共同研究に参画し、この構造特異的に作用する新種酵素の性状を報告した。（植物糖鎖：小竹）
- Xuan L, Zhang J, Lu W, Gluza P, Ebert B, Kotake T, Lu M, Zhang Y, Clausen M, Johnson KL, Doblin MS, Heazlewood JL, Bacic A, Song L, Zeng W (2021) A pipeline for the biochemical characterization of the Arabidopsis GT14
family. Int J Mol Sci 22: 1360
- アラビノガラクタン-プロテイン（AGP）は、糖鎖末端残基として、グルクロン酸や4-メチルグルクロン酸をもつことが多い。これらのウロン酸残基は、カルシウムとの結合に関わるとともに、花粉管ガイダンスに関わるAMORの糖鎖構造を構成しており、生理的に重要である。AGPの糖鎖合成においてグルクロン酸残基の合成を担うのは、GT14ファミリーに属する酵素群であるが、種類が多い上に膜タンパク質であることから、生化学的な性状解析が進んでいない。オーストラリアや中国の研究グループが主導する国際共同研究に参画し、異種生物発現系を利用してGT14ファミリー酵素を発現させ、酵素がガラクタンにグルクロン酸を付加する活性を検出することに成功した。（植物糖鎖：小竹）
- Ikeda M, Mitsuda N, Ishizuka T, Satoh M, Ohme-Takagi M (2021) The CIB1 transcription factor regulates light- and heat inducible cell
elongation via a two-step HLH/bHLH system. J Exp Bot 72: 1795-1808
- 植物は光や温度などの環境条件に応じて形態を変化させます。一般的に日陰では茎や葉が長くなり、日当たりの良い環境では短くなりますが、この反応には、葉や茎の細胞の伸長度の制御が重要です。我々はこれまでに、３種類の因子が拮抗的に働くことで細胞伸長を制御するbHLH/HLH３重拮抗システムを発見してきました。本研究においては、光と温度の環境に応答して細胞伸長を促進する因子としてCIB1を単離し、CIB1がPAR1, PRE1とともにbHLH/HLH３重拮抗システムを構築して細胞伸長を制御すること、フィトクロム結合因子PIF4がPAR1とPRE1とともにbHLH/HLH３重拮抗システムを構築し、CIB1の発現を直接的に制御することを示し、bHLH/HLH拮抗制御カスケードの存在を明らかにしました。本研究成果によって、多様な光波長や温度環境による植物の形態変化のメカニズムの一端が明らかとなり、農作物の増産に結びつく可能性が期待されます。（植物機能制御：池田）
単行本
- Otsuka Y ‘Endoribonucleases of the toxin-antitoxin systems induce abortive infection’
in “RNA Damage and Repair” (Edited by Kotta-Loizou I), pp.3-26, Springer
Nature, 2021
- Springer Nature社が、「RNA Damage and Repair」という書籍を出版するので、RNAをめぐる細菌のトキシン－アンチトキシン系とファージ感染の関係について執筆してほしいと依頼があり、１つの章として執筆することにした。内容は、エンドリボヌクレアーゼ活性をもつトキシンがファージの不稔感染を引き起こす例をいくつか挙げ、その分子メカニズムを紹介した。また、ファージが進化の過程で獲得したエンドリボヌクレアーゼに対抗するしくみについても紹介した。（分子微生物学：大塚）
- Kawahara A, Hihara Y ‘Biosynthesis of Fatty Acid Derivatives by Cyanobacteria: From Basics to Biofuel Production’ in "Cyanobacteria Biotechnology" (Edited by Hudson P), pp.331-368, Wiley, 2021
- Wiley社のAdvanced Biotechnologyシリーズの一環として「シアノバクテリアの生物工学」という本を出版するので、シアノバクテリアの脂質代謝と燃料生産についての章を執筆しないかと、エディターのHudson教授よりお誘いがありました。ちょうど花王の川原さんが博士論文を執筆中で、研究の背景を詳しく調べていた時期でもあったので、シアノバクテリアの脂質代謝経路の成り立ちから、その改変による脂肪酸誘導体の生産、さらに生産性を上げるための様々な取り組みについて、この機会にまとめてみようと思いたちお引き受けしました。基礎から応用まで数多くの文献が存在するのを万遍なくまとめ、この分野を概観できる読み物に仕上げたつもりです。（遺伝子発現制御：日原）
- Nakamoto H ‘Evolution and diversification of the GroEL/chaperonin paralogs
in cyanobacteria’ in "Ecophysiology and Biochemistry of Cyanobacteria"
(Edited by Rastogi RP), pp.181-207, Springer Nature, 2021
- Springer Nature社の「シアノバクテリアの生態生理学と生化学」という本を構成する一つの章を執筆しました。私が分子シャペロン研究を始めた1990年代半ばには，大腸菌の「分子シャペロン学」パラダイムが既に確立されていました。研究成果を発表すると、大腸菌でわかっていることをなぜシアノバクテリアで行うのか、と言われたことがあります。私たちは、このパラダイムに挑戦し続けてきました。シアノバクテリアの分子シャペロン（GroELやClpB）のパラログに関する分子レベルの解析を通して、それらが大腸菌のホモログとは全く異なる構造（そして機能）を有することが分かってきました。このような研究は、シアノバクテリアやその分子シャペロンの進化を理解する上で重要であると考え、執筆することにしました。（代謝：仲本）
日本語総説
- 藤城貴史, 中村亮裕, 高橋康弘 (2021)「鉄硫黄クラスター生合成系の硫黄供給酵素群：共通構造と機能分化・多様性」 生物物理 61: 180-182
- 鉄硫黄クラスター生合成系は、NIF、ISC、SUFの３種が知られており、生合成反応の初期段階であるL-システインからの無機硫黄供給系として、それぞれ異なるシステイン脱硫酵素NifS、IscS、SufSを有する。これらのシステイン脱硫酵素は、活性部位周辺のアミノ酸配列の違いにより、さらに２つのsub-groupに分類できることが知られており、NifSとIscSはgroup I、SufSはgroup IIに属する。本総説は、異なる２つのグループのシステイン脱硫酵素の共通構造・機能、および相違点について、最近の研究結果をまとめて紹介したものである。（分子統御：藤城、高橋）
- 日原由香子 (2021)「シアノバクテリアの転写因子と物質生産」 生物工学会誌 99 (8): 416-420
- 99巻８号および９号に前後編として組まれた特集「 藻類バイオマス利用のための新しい生物工学」へタイトル指定で執筆依頼があり、cyAbrB2、LexAなどの転写因子の発現制御によりシアノバクテリアにおける遊離脂肪酸生産の収量増加を目指してきた当研究室のこれまでの成果、およびシグマ因子の改変等により収量増加を目指した国内外の研究成果をまとめて紹介した。（遺伝子発現制御：日原）
学会発表
3月29日-31日 オンラインで開催された第95回日本細菌学会総会で口頭発表
- 発表者：佐々木優香、吉岡瑞貴、茂木優奈、大塚裕一
題目：大腸菌O157株がもつトキシン-アンチトキシン系ECs3274-ECs3275の解析
3月27日-29日 オンラインで開催された第133回日本森林学会で招待講演
- 発表者：高橋大輔
題目：植物の凍結適応メカニズム：細胞壁の観点から
3月22日-24日 オンラインで開催された第63回日本植物生理学会年会で口頭発表
- 発表者：柴崎由季乃、Kim Johnson、Antony Bacic、小竹敬久、高橋大輔
題目：細胞壁プロテオグリカンFLA8 は低温馴化および凍結耐性に関与する - 発表者：立花将伍、高橋裕二、日原由香子
題目：シアノバクテリア Synechocystis sp. PCC 6803 におけるアンチシグマ様因子 PmgAとアンタゴニスト様因子 Ssr1600の生理解析 - 発表者：北村泉希、新庄梓、西山佳孝
題目：シロイヌナズナの強光順化における葉序ごとの光化学系 II 修復能力 - 発表者：猪崎風葉、西山佳孝
題目： 高温順化したシアノバクテリアの光阻害における光化学系 II 表在性タンパク質の役割 - 発表者：髙野駿也、石川寿樹、厚沢季美江、田中元樹、金子康子、日原由香子
題目：シアノバクテリアにおける diacylglycerol acyltransferase 2（DGAT2）オルソログの機能解析
3月4日 オンラインで開催されたビタミンB研究委員会2021（令和３）年度シンポジウムで招待講演
- 発表者：藤城貴史
題目：鉄硫黄クラスター：鉄と硫黄からなる無機集合体の生合成と多様性
3月2日-5日 ハイブリッド形式（ドイツ・ポツダム）で開催された日独二国間セミナーで招待講演
- 発表者：Yoshitaka Nishiyama
題目：Eco-physiological study of noxious red-tide-forming microalgae - 発表者：Yukako Hihara
題目：Interaction of PmgA with anti-sigma antagonists reveals partner-switching regulatory network in Synechocystis sp. PCC 6803
12月16日-21日 オンラインで開催されたPacifichem2021で招待講演
- 発表者：Takashi Fujishiro, Yasuhiro Takahashi
題目：Sulfur acquisition mechanism for iron-sulfur cluster biosynthesis
12月10日-11日 オンラインで開催されたウイルス学若手研究集会でポスター発表
- 発表者：金子友香、尾野本浩司、高橋朋子
題目：ヒトmicroRNAによるウイルスRNAサイレンシング
12月8日-14日 オンラインで開催された12th International Plant Cold Hardiness Seminarで研究発表
- 発表者：Daisuke Takahashi, Kazuma Sasaki, Tatsuya Kutsuno, Kim Johnson, Arun Sampathkumar, Antony Bacic, Ellen Zuther, Kotake Toshihisa
題目：A cell wall pectic galactan is involved in the mechanism of freezing tolerance acquisition during cold acclimation
11月13日 オンラインで開催された第19回微生物研究会で研究発表
- 発表者：藤城貴史
題目：金属ポルフィリン型補因子の生合成鍵酵素キラターゼの分子進化 [招待講演] - 発表者：小山田勇真、小川翔子、藤城貴史
題目：鉄キラターゼSirBのニッケルキラターゼへの機能改変 [ポスター発表] - 発表者：槇千智、室賀直来、寺畑拓也、島田侑希乃、國近航平、中村亮裕、藤城貴史、高橋康弘
題目：鉄硫黄クラスター生合成の硫黄輸送に関わる分子種の比較 [ポスター発表] - 発表者：市原將希、関亮太、中井由実、高橋康弘
題目：ミトコンドリアの欠失を目指した真核細胞の鉄硫黄クラスター生合成系の改変 [ポスター発表]
11月3日-5日 オンラインで開催された第94回日本生化学会大会で発表
- 発表者：藤城貴史、小川翔子
題目：補酵素F430の生合成系のニッケルキラターゼの触媒機構の解明 [ポスター発表] - 発表者：小川翔子、小山田勇真、引田理英、藤城貴史
題目：ニッケルキラターゼCfbAの基質選択性の理解 [ポスター発表] - 発表者：槇千智、室賀直来、寺畑拓也、島田侑希乃、國近航平、中村亮裕、藤城貴史、高橋康弘
題目：鉄硫黄クラスター生合成に関与するSufEおよびSufUの硫黄輸送状態の比較 [ポスター発表]
9月18日-20日 オンラインで開催された日本植物学会第85回大会で研究発表
- 発表者：原克弥、吉見圭永、菊池愛菜、円谷陽一、高橋大輔、小竹敬久
題目：AGPのβ-1,6-ガラクタン側鎖のin vivo分解 - 発表者：沼尾悠太、円谷陽一、小竹敬久、高橋大輔
題目：膜結合型及び遊離型AGPの構造と低温応答性 - 発表者：宮川萌、高橋大輔、円谷陽一、小竹敬久
題目：KONJAC1はVTC1の分解を抑制することでL-アスコルビン酸含量に影響する - 発表者：西垣 南歩、Chuan-Ming Yeh、Wen-Chieh Tsai、円谷 陽一、高橋大輔、小竹敬久
題目：グルコマンナンの修飾に関わるランの遺伝子の機能解析
9月17日 オンラインで開催された錯体化学会第71回討論会で研究発表
- 発表者：Takashi Fujishiro、Miho Ooi、Kyosei Takaoka
題目：Structure and properties of Escherichia coli hybrid cluster protein (HCP) harboring an Fe-S-O cluster
9月9日-10日 オンラインで開催された第8回ファージ研究会で研究発表
- 発表者：佐々木隆臣、 大塚裕一
題目：大腸菌AbpAとAbpBによる抗ファージ作用の解明 - 発表者：大内英、 大塚裕一
題目：T4ファージの増殖におけるノンコーディングRNAの関与 - 発表者：吉岡瑞貴、 茂木優奈、大塚裕一
題目：大腸菌O157株がもつECs3274-ECs3275トキシン-アンチトキシン系の解析
6月27日-7月1日 オンラインで開催された国際会議Plant Cell Wall Biologyで研究発表
- 発表者：Lizhang Liu, Yoichi Tsumuraya, Daisuke Takahashi, Toshihisa Kotake
題目：Preparation of AMOR using AG-active enzymes - 発表者：Daisuke Takahashi, Kim Johnson, Kohichi Soga, Arun Sampathkumar, Antony Bacic, Ellen Zuther, Toshihisa Kotake
題目：The role of pectin side chain in cold acclimation and their relationship to freezing adaptation in plants
6月27日-29日 オンラインで開催された日本核酸医薬学会第6回年会で招待講演
- 発表者：高橋朋子
題目：ヒト細胞におけるインターフェロン応答と小分子RNA経路のクロストーク [シンポジウム2（生物）]
6月16日-18日 オンラインで開催された第21回日本蛋白質科学会年会でポスター発表
- 発表者：國近航平、中村亮裕、藤城貴史、高橋康弘
題目：鉄硫黄クラスター生合成足場タンパク質 IscU における [2Fe-2S] から [4Fe-4S] へのクラスター変換の構造基盤
6月4日-5日 オンラインで開催された第47回生体分子科学討論会で口頭発表
- 発表者：中村亮裕、小川翔子、小松茉里佳、藤城貴史、高橋康弘
題目：PLP 依存型酵素システインデスルフラーゼ SufS に対する抗生物質シクロセリンの 鏡像異性体間で異なる阻害反応機構
5月28日-29日 オンラインで開催された第11回日本光合成学会で口頭発表
- 発表者：高橋 拓子
題目：緑藻クラミドモナスにおける PGRL1 タンパク質の 機能解明を目指して [招待講演] - 発表者：恩田 萌花、海發 育実、出原 太智、高市 真一、西山 佳孝
題目：シアノバクテリアの強光順化におけるカロテノイド配糖体の役割 - 発表者：猪崎 風葉、西山 佳孝
題目：光化学系 II の修復におけるカルシウムイオンの役割 - 発表者：寺田 有沙、高橋 裕二、立花 将伍、鈴木 翔、 戸澤 譲、日原 由香子
題目：シアノバクテリア Synechocystis sp. PCC 6803 におけるアンチシグマ様因子 PmgA と アンタゴニスト様因子との相互作用 - 発表者：岩田 和宜、加藤 直喜、門脇 太朗、日原 由香子
題目：Synechocystis sp. PCC 6803 における転写因子 RpaB の DNA 結合活性の制御機構 - 発表者：鬼沢 あゆみ、日原 由香子
題目：シアノバクテリアにおける LexA 転写因子の多様化