Research
生物が生産する天然有機化合物は、
多彩な構造と生物活性を有しています。
天然物化学は、日本の「お家芸」と言われています。
日本での有機化学研究の黎明期に、
有機化学第一研究室の初代教授 真島利行先生によって、
漆の成分ウルシオールの構造研究が行われて以来、
多くの天然物が構造決定・合成されてきました。
一方で近年、欧米を中心にケミカルバイオロジー（化学生物学）が
化学の中核分野として台頭してきました。
現代では、伝統的な天然物化学を最新のケミカルバイオロジーと融合することが強く求められています。
【有機化学から見た植物ホルモン】
植物は、食料、環境、有用分子資源（医薬品や天然ゴムなどの素材）の供給源であり、人類の生存を支える重要なパートナーです。このため、植物の科学的理解とその制御に関する研究の重要性が世界的に高まっています。植物のほとんどの生理機能は、植物ホルモンとよばれる有機小分子によって制御されています。有機化学的に見れば、植物は有機小分子を生体恒常性制御のメインプレイヤーとして利用する極めて興味深い生物と言えます。このため、植物のほとんどの生理機能は、原理的に有機小分子を用いて制御可能です。当研究室では、有機化学者にとって魅力的な生物活性天然物である植物ホルモン（特に植物オキシリピンJA-Ileを中心とするジャスモン酸類）を主な研究対象としています。
【研究目標１】植物ホルモンの持つ生物活性を自在にチューニングしたい
天然物の示す生物活性は魅力的です。天然物は、医薬品のソースとしても重要な地位を占め、多くの天然物の発見と利用が、歴史上、人類の生活を支えてきました。植物ホルモンを始めとする生物活性天然物は、生体内で複数の標的タンパク質と結合することで多彩な生物活性を示すことが分かってきました（総説：Ueda, Chem Lett, 2012）。私たちは、植物ホルモンと受容体の相互作用を人工的に改変することで、植物ホルモンの持つ生物活性を自在にチューニングする試みを続けています。
当研究室では、植物ホルモン立体異性体を化学合成し、さらにタンパク質との複合体の立体構造に基づいて分子構造をチューニングすることで、植物ホルモンの持つ多様な生物活性のうち、望む生物応答（病原菌耐性や有用分子資源生産）を選択的に活性化する分子を作り出すことに成功しました（図1、Nature Commun 2018; Commun Biol 2023, etc）。植物ホルモンの持つ生物活性を自在に編集する「活性編集」の実現を目指しています。
【研究目標2】新規植物ホルモンの「探し方」を開発したい
生物活性天然物は、医薬資源のソースとして古くから注目集めています。しかし、自然資源からの天然物探索はだんだんと難しくなり、新たな視点からの天然物探索が望まれています。私たちは、新しい生物活性天然物を発見するために、その生合成と代謝に注目しました。天然物の生合成と代謝は、厳密な制御を受けています。それは、生合成中間体や代謝物にも、天然物とは異なる役割（生物活性）があるためではないでしょうか。
私たちは、植物ホルモン生合成中間体（論文改訂中）や代謝物（Plant J 2023; Plant Physiol 2011 etc）が、それぞれ、植物ホルモンとは異なる生物活性をもつ新たな内因性生物活性物質であることを明らかにしてきました（図2）。研究を通じて、生物活性天然物探索の新たな指針を確立することを目指します。
【研究目標3】植物ホルモンの「進化の謎」を解明したい
近年のゲノム生物学の発展は、進化生物学に新たな視点を導入しました。植物ホルモンの受容体やシグナル伝達など、生命現象の分子機構の進化的変遷を、遺伝子の変化として追跡すれば、進化を分子レベルで理解できます。私たちは、国際共同研究によって、植物ホルモンが進化に伴って大きく構造を変えたことを明らかにしてきました（図3、PNAS 2022; iScience 2023）。現在は、「なぜ、どのようにして、植物ホルモンの分子構造が変化したのか？」という謎解きに挑んでいます。進化に伴って、植物ホルモンの生合成酵素が変化したことで、生合成経路に進化的シフトが起こったとする仮説の検証を進め、生物における分子進化の謎に迫ります。
教育システム
- 論文勉強会：月1回、学部生対象、植物のケミカルバイオロジー・生化学・分子生物学に関する基礎知識と考え方を身につけるために重要論文を精読しています。特にロジックの組み立て方と実験方法を中心に理解を深めます。
- 研究テーマ別ディスカッション：各研究テーマ毎に月1回、全員対象、研究の進捗と戦略を議論し論文にまとめていきます。
- 論文紹介：月1回、全員対象、最新の論文を紹介します。
- 全体報告会：年２回、全員対象、研究の進捗を定期的にまとめます。
- 国内外研究打ち合わせ会：不定期、院生対象、国内外の共同研究先との研究打ち合わせに同席し、研究内容に関する議論を行います。
