定年退職記念講演会
2019年2月15日 ＠名古屋大学 野依記念学術交流会館

生体膜で輝く分子を探求する旅路
A Long Journey into Research on
Brilliant Membrane Proteins
前島 正義
名古屋大学

生命農学研究科

細胞ダイナミクス研究室

Masayoshi Maeshima
Laboratory of Cell Dynamics, Graduate School of Bioagricultural Sciences,
Nagoya University

1024x768１

大学運営の中で２

研究と指導の視点

３

何ができたのか４

伝えたいことWater
Sun lightPlants
Soil大学運営の一端を担って
1984.12〜1988.3

名古屋大学農学部

助手

1988. 4 〜1994.3

北海道大学低温科学研究所

助手・助教授1994. 4 〜2001.6

名古屋大学生命農学研究科

助教授

2001. 7 〜

名古屋大学生命農学研究科

教授

・安全保障委員会委員長 2005.4〜 2009.3、2014.4〜 2015.6
・原子力委員会委員長

2009.4〜 2013.3

2011.3.11 東日本大震災・東京電力原子炉事故（学生・教職員を被曝から護る

事故対応への協力）

・生命農学研究科副研究科長・評議員 2011.4〜 2012.3
・生命農学研究科長

2012.4〜 2015.3

・副総長

2015.4〜 2019.3

評価・総合企画担当（中期目標計画、年度実績報告）、IR 本部長、リーディング大学院プログラム責任者 (3)・推進機構長、博士課程教育推進機構長

２

研究と指導の視点

研究とは： 新しい分子を見出す
新しい現象を見出す
新しい概念を提案する
未知の分子をていねいに見る
分子から細胞と個体を見る

恩師

旭正（助教授、教授：名古屋大学名誉教授）

泥臭い研究（やってみないと分からない研究）→ 「私にふさわしい視点」
素人好みの研究、玄人好みの研究
流行の研究は自分のテーマとしない。
ウサギに免疫して抗体を得る方法：専門家を尋ねる
佐々木 實 名古屋市立大学教授→研究室の卒論生・院生と共に、国内外の専門家の門戸をたたく。

江上 不二夫 （1910-1982）

ひとに見えない山を見つけたらぼくは早く登りたい
そんな山があるかしら
ひとにも見える山に登るならぼくはゆっくり登りたい
おもわぬ花や小石があるだろう
たのしみながら登りたい
笠井献一「科学者の卵たちに贈る言葉：江上不二夫がつたえたかったこと」
岩波書店、p. 59

旅路のなかで見つめた「おもわぬ花や小石」
Cytochrome c oxidase

Cytochrome bc1 complex

Sporamin (sweet potato storage protein)
Alkaline lipase (glyoxysome)Isocitrate lyase

H+-translocating pyrophosphatase
VM23 (vacuolar aquaporin, TIP)
Ca2+/H+ exchanger (CAX1)
Zn2+/H+ exchanger (MTP1, MTP12)

Vacuolar H+-ATPase

Aquaporin (PIP, SIP)
Na+(K+)/H+ exchanger (NHX1)

ABC type transporter (PDR8, ABCA9, ABCB1, ABCB14)
RVCaB (radish vacuolar Ca2+-binding protein)
PCaP1, PCaP2 (Plasma membrane-associated Ca2+-binding protein)
SRPP (seed and root hair protective protein)

赤字：分子に名付け３. 何ができたのか

液胞膜プロトンサーキット（H+循環）研究室（生物化学 + 細胞ダイナミクス研究室）

卒論生：21+ ５８ =７９名
修士課程修了生

２+１２+４４ = ５８名

博士課程修了生

３+１4 = １７名

北大 博士

１+１ = ２名

研究室外の博士審査主査

細胞ダイナミクス研究室教員

３名

博士研究員・学振PD・研究員

中西洋一 助教

中西洋一、須賀しのぶ、三村久敏

河内美樹 高等研究院准教授

神谷岳洋、広野めぐみ、小八重善裕

瀬上紹嗣 助教

河内美樹、冨岡利恵、藤原崇志、

田中奈月 YLC助教

佐藤世理
事務担当：山本洋子

個人研究情報（個別 IR）
英文原著論文
研究者人件費１８５編

平均引用度 60, h index = 61

実験機器

投稿中論文

試薬、実験器具
国内外研究成果発表

２編

英文総説・著書

１５編

和文総説・解説

４６編

研究者ネットワーク
313

競争的研究資金

科研費

778,000,000円

K A K E N H I

科学研究費補助金：一般研究(C)、総合研究(A)、基盤研究(B)、基盤研究(A)、重点領域研究、特別推進、特定領域研究、新学術領域研究

生研センター

民間財団研究費

民間企業研究費

A-STEP

POSTECH（韓国、客員教授）

共著者415名（うち 海外研究者 123 名）
A
B
C
DE
FG
H

I
JK

L
M

NO

P
Q
R
S

T

UVW
YZ

Tadashi Asahi
Motoyuki Ashikari
Harry Beevers
Büttner, M
Kazuhiro Chiba
Gap Chae ChungJ.-J. Drevon
Muneharu Esaka
Ali FerjaniMariko Asaoka
Takashi Aoyama
M. Baltscheffsky

Keita Arakawa
Elisa Azzarello
Andrea Becker

Reiko Akagi
Andrés, Z
Gwangbae Bak

Kenji Aizawa

Marinela Anderca

Taro Akahori

Arifa Ahamed

Domingos Almeida

Takeshi Ario

J.-L. Bonnemanin

Sabine Brandt

Karla Billion

Lucien Bovet

Bo Burla

Aurélien Bailly

Hervé Canut
Giltsu Choi
Y. M. Drodowicz
Tatsuhiro Ezawa
Takashi Fujiwara

K. W. Cunningham
Chung, W.I.
Noriyuki Doke

Kazuhiro Chiba
Andrew J. Crofts
Tomonori Doi

Yongwook Choi

Hyunju Choi

Hyung-Taeg Cho

José Hélio Costa

Zonghui Chen

Edgar B. Cahoon

Yoichiro Fukao

Toru Fujiwara

Mayu Fukuda

Hidehiro Fukaki

Shiori Fujiwara

Natacha FontesFernanda Fidalgo

Yumi Fujii

P. Fleurat-Lessard
Fink, F
Markus Geisler
Tsukaho Hattori
Megumi Hirono

Nathalie Frangne

Atsunori Fukuda

Takuya Furuichi

Masayuki Fujiwara

Keiko Fukushi

Masayuki FujiwaraJiří Friml

Dirce Fernandes de Melo Masako Fukuda

Jrjolaine Girin
Koji Hayashi
Shin Hamamoto

Hernâni Gerós
I. Hara-Nishimura
Kyohei Higashi

Tatsuaki Goh
H.-P. Haschke
Yuko T. Hanba

Shizuka Gunji
Giselbert Hinz
Kohei Hamaji

H. GotoBirgit Hoh
Sei-ichiro Hasezawa

Tatsuji Higuchi
Hidehiro Hayashi

Hiromoto Hisada
Yoko Hattori

Hajime Hirata
Goro Horiguchi

Shingo Hata
Fumio Hayashi

Kendal D. Hirschi
Mikiko Ikeda
Kazuki Ishikawa
Liwen Jiang
Takehiro Kamiya
Kazuto Kobayashi
Michie Kobayashi
Mariko Kato

Jae-Ung Hwang
Ikuko Iwasaki
Masanori Ishida
Byeongwook Jeon
Minobu Kasai
Tsuneo Kuwagata
Kazuhito Kawakita
Naoki Kato

Sina Henrichs
Shino Imagawa
Shuntaro Iida

Kaoyo Hashimoto
Keiko InoueKozo Iwasaki

Seiichiro Hasezawa
Yukimoto Iwasaki
Shin-ichiro Inoue

Christopher A. Hamm
Fumiyoshi Ishikawa

Hattori Momoko
Yuki Ide

Takumi Higaki
Jun Ishijima

Tetsuya Higashiyama
Kazuei Igarashi

Hell, R
Satoru Ishikawa

Yoshiori Kanayama
Takehiro Kamiya
Do-Young Kim
Tetsu Kawazu

Naomi Kudo
Hirosato Konishi
Teruo Kuroda
Rie Kurata

Y. Kanayama
Yoshihiro Kobae
Maki Katsuhara
Sayaka Kogawa

N. Kurano
Kawade, K.
Takeshi Kawamura
Ute Krämer

Taku Kashiyama
Miki Kawachi
Mariko Kura-Hotta
Shin-ichiro Kato

Keiko Kawauchi
Maki Kondo
Yu-Yoohg Kim
Sangoo Kim

Yukio Kawamura
Tadao Kondo
Kiyoshi Katou
Hanul Kim

Setsuko Komatsu
Hirosato Konishi
Yu-Young Kim
Ria Kurata

Natsumaro Kutsuna
Yasushi Kawagoe
Youngsook Lee
Makoto Matsuoka
Tetsuro Mimura
Miki Maeda
Wataru Misuhashi
Yukari Muto
Nobutaka Mitsuda
Kenzo Nakamura
Shuji Nakagawa
Tomoaki Niimi
Yoshinori Ohsumi

Yusuke Kikuchi
Toshihiro Kumamaru
Ulrich Lüttge
Ken Matsuoka
Enrico Martinoia
Naoto Mitsuhashi
Tetsuya Maruyama
W. Allen Miller
Mochizuki, A.
Tsuyoshi Nakagawa
Satoshi Niikura
Ikuo Nishida
Yoko Ohta

Tetsuya Kimura
Krebs, M
Miyoung Lee
C. Matsuura-Endo
Hisatoshi Mimura
Shoshi Muto
Philippe Michonneau
Sakine Masuda
Motchizuki, A
Yoichi Nakanishi
H. E. Neuhaus
Yukari Nakabayashi
Masato Odaira

Satoru Kinoshita
Kinoshita, T.
Eun-Jung Lee
Yasuo Mukohata
Shigeto Miyachi
Mihoko Mori
T. Matsunami
Stefano Mancuso
Miryo Morita
Beston F. Nore
Nahoko Nagasaki
N. Nagasaki-Takeuchi
Yasunobu OkadaÜner H. Kolukisaoglu

Kawade, K.

Md. Shahadat Hossain Khan Yusuke Kimata

Takehide KatoDaisuke Kurihara

Yuree Lee
Chie Moritani
Nao Matsuda
Masahiro Mizutani
Namiki Mitani
Ai Miyake
Melchior, F.
Pål Nyrén
Chisako Nagata

He-sheng Li
Hideyo Muto
Therese Mandel
Masashi Miyano
Jian Feng Ma
Chika Miwa

Young Koung Lee
Miki Maeda
Masanori Murakami
Junichiro Marui
Haruki Mori
Ryousuke Morimoto

Seong Hee Lee
Hideaki Matsumoto
Makiko Miura
Yasuo Mori
Miyo T. Morita
Mari Murai-Hatano

Gerard Marigo
Mari Mimura
Yoshiyuki Murata
Naoko Miki
Chikahiro Miyake

Francis Marty
Nao Matsuda
Shin-Ichi Miyazawa
Kazumi Momonoi
Shigeru Morishima

Mikio Nishimura
Hiroshi Nonami

Tomoko Nakajima
Kiyoshi Nagasuga

Tadakiyo Nakamura
Megumi Nagira

Tsuyoshi Nakayasu
Akihiko Nakano

Atsuko Nakamura
Yuka Nishimori

Yuya Ouchi

Masumi Okada

Shohei Okuda
Thomas E. Phillips

Yozo Okazaki
Jon K. Pittman

Hirofumi Ono
Sonia Plaza

Yoshiji Okazaki
Maria de Loudes Oliveira
OtochPark, J.

Makoto Ojika

Yoshihisa Oda
Natalia A. Pronina
Filipa Queirós
Raphael Ratajczak
Shinobu Suga
Ken-Ichiro Shimazaki

Yuko Ohshima
Miwa Ohnishi
Luciana Maia Nogueira deMasahiro OgawaOliveira
Nadine Parissoon Ju Park

Thomas W. Okita
Patir-Nebioglu

Okada, T.

Oikawa, A.

David G. Robinson,
Masa H. Satoh
Rachid Serraj

Md. H. Rahman
Sachiko Satoh
Takayuki Sasaki

Philp A. Rea
Yoko Sakai-Nore
Teruo Shimmen

Sally W. Rogers
Toshiyuki Sato
Yasuo Suzuki

Jon C. Rogers
Yasushi Senoo
Maki Sasaki

Ji Ye Rhee
Katsuhiro Shiratake
Anton R. Schäffner

Lawrence B. Smart
Takanori Saijo

Hiroshi Sato
Song, W.Y.

Shinichi Sawada
Toshiro Shigaki

Burkhard Schulz
Pauro Silva

Taise Shimaoka
Shingo Sakamoto

Takashi Sazuka
Chihong Song

Takuji Sasaki
Kazuki Saito

Kosuke Shimogawara
Toshinobu Suzaki

Junko Sakurai
Heven Sze

Tetsuro Sekino
Alexander Schulz

Katsuharu Saito
Schuck, S.
Atsuko Takeuchi
Masao Tasaka
Tomohiko Tsuge
Ikuzo Uritani
Fakrieh Vojdani
Thea A. Wlkins
Hiroyuki Yokoi
Akiho Yokota
Hisakazu Yamane
Marta Zwiewka

Ryosuke Sato
Schumacher, K
Yoshiyuki Tanaka
Ayako Tsuchihira

Seiji Sonobe

Yuki Shinzaki

Tomohiro Sato

Coimbatore S. Sreevidya

Yuka Takeuchi
Yuma Takemoto

Ayako Takasu
Hirokazu Tsukaya

Tomohiro TsuchiyaNatsuki Tanaka

Kimiko Umami
Vincent Vincenzetti
Yoko Watanabe
Shizuo Yoshida
Kumi Yoshida
Yokota-Hirai, M.

H. Ueoka-NakanishiParamasivan Vijayapalani
Yoh Wada
Masasuke Yoshida
Tomoya Yamaguchi
Tomomi Yamada

Tomohiro Uemura
S. Washitani-Nemoto
Yoko Yamamoto
Hirofumi Yoshioka

Drzewicka, K.

Yoshihito Shiono
Yori Sato

Mio Satoh-Cruz

Shoji Segami
Momoe Suito
Donghwan Shim
Kumi Sato-NaraAlana Cecília de Menezes
aya Sugino
Sobreira

Yoshie Tanimura
Mari Takusagawa

Tomoko Tsujimura
Takaaki Tomoyama

Ken-Ichi Tomizawa
Kazuki Takahashi

Rie Tomioka
Hiromitsu Tabeta

Keitarou Tawaraya
Mayuki Tanaka

Matsuo Uemura

Nobuyuki Uozumi

Daisei Ueno

Yumi Uenishi

Hiroshi Uno

Minako Ueda

Satoshi Watanabe
Shohei Yamaki
Satomi Yoshimura

Tadao Wagatsuma
Tokiko Yamauchi
Joo-Yeon YooBangjun Wang
Keiichi Yamamoto
Katsuhisa Yoshida

Liuying Wen
Koji Yuasa
Naoki Yamaji

Haruhiko Washida
Shihai Yang
Yusufujiang Yusuyin

Isamu Yabe
Yasuyo Yamaoka

185 original papers (1978 - 2019)

Stankovic-Valentin, N.

高田 博厚（1900-1987年：彫刻、翻訳、著述） 「分水嶺」（1975年）
高村光太郎に勧められて彫刻家の道に進み、国際的な芸術家となった。オーギュスト・ロダン、ロマン・ロラン、ガンジー、日本の著名人の彫刻も製作した。２６年間のフランス生活から帰国するとき、それまでの二百以上の彫刻作品を次々と壊して、身一つで帰国した。
「残せる作品はひとつもない・・・・・
絶えず仕事したと思いつつ、自信は持てなかった」
研究者は：研究業績でポストを得、そして研究費を得る。
学生とともに成長。発表論文は研究ネットワークの土台。

何ができたのか

生体膜ではたらく分子（物質を運ぶタンパク質）

生化学研究者の卵としてのスタート
植物ミトコンドリアのシトクロムオキシダーゼ（膜タンパク質）
生物が消費する酸素の95％を使う。５種のタンパク質で構成されている。
Arch. Biochem. Biophys., 187, 423-430 (1978)(2019)

Methods in Enzymology(1987) vol. 148

円柱式のSDS-PAGE 乾燥ゲル
研究者の卵の「へその緒」

H+-ATPase と H+-ピロホスファターゼが 同一膜上に局在
1988年 北大 低温科学研究所へ
ミトコンドリアから液胞の研究へ

PPi-MgH+-PPase (プロトンポンプ）の研究
ヤエナリ実生：なぜ低温に弱いのか？
液胞型H+-ATPase：なぜ低温で失活するのか？

H+-PPaseの精製
液胞膜
膜可溶化画分
精製H+-PPase

73 kDa@Sapporo

ヤエナリ実生（胚軸 1.0 kg／日）
液胞膜（30 mg）

この標品にはH+-ATPaseと精製H+-PPase（0.5 - 1 mg）
明日はきっとうまくいく

アクアポリンが混在
JBC (1989) 264: 20068-73

北大着任２年目

結 論: 73 kD の単一タンパク質は、PPiの加水分解 と プロトン (H+)能動輸送の２つの機能を果たす。
検証可能な物理化学的データを示す

CysGlyパッチクランプ解析： H+-PPaseのプロトンポンプ機能の実測

1.
2.
3.
4.

酵母に植物のH+-PPaseを発現
酵母の巨大化
酵母から健全な液胞を単離パッチクランブ解析

Nakanishi, Yabe et al. (2003) J. Biochem.

速さではなく、特異な機能をもつ分子の存在に意義がある
輸送速度は、輸送機構に依存する

H+-PPase は、理論上 0.1秒 で液胞を酸性化できる
直径10 µmの液胞
pH 7.0 → pH 6.0
30万のH+を輸送
10万の H+-PPase (二量体) は毎秒 280万のH+を輸送する

計算上、酸性化は0.1秒

液胞への二次能動輸送をエネルギー面で支える

大量のH+-PPaseが液胞の酸性維持を容易にしている

液胞膜に局在するH+-PPase を機能を維持しつつ可視化
発芽後3.5日の芽生え
H+-PPase可視化植物

根の細胞
小さな液胞分子の可視化
単量体型GFPをH+-PPase分子に導入あるがままの 液胞の形状、液胞の発達・融合過程を明瞭に観察できる

Segami et al. (2014) Plant CellSegami et al. (2018) Plant Cell
Segami et al. (2018) Plant & Cell Physiol.
Kimata et al. (2019) Pro. Natl. Acad. Sci.

緑: mGFP-H+-PPase（液胞）紫：細胞膜

H+-PPaseの機能構造とエネルギー共役機構
PPi の加水分解à H+ の能動輸送（反応の共役）

予想分子モデル2008

766 アミノ酸残基、16 膜貫通領域
Takasu et al. (1997), Maeshima (2000, 2001), Nakanishi et al. (2001),
Mimura et al. (2004, 2005a,2005b), Hirono et al.(2005, 2007a, 2007b,2009), Segami et al. (2013, 2014, 2018), Asaoka et al. (2014, 2016) etc.

ホモ二量体分子モデル 2005

ホモ二量体としてのH+-PPase

Lin et al. (2012) Nature 484: 399–404
台湾チーム

Segami et al. (2018) Plant Cell Physiol.

H+-PPase: 第４のプロトンポンプの単離・同定と分子機能解明
F型 (ATP 合成酵素)

V型 (H+-ATPase)

回転型
ADP, Pi

ATPADP, Pi

マリオネット型

ピストン型

P型 H+(Ca2+)-ATPase

H+-PPasehttps://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_ATPase 2019/06/17

PPiATP

2 Pi

ATP

4 H+

H+

https://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase 2019/06/17 https://www.nature.com/articles/nrm2272 2019/06/17

10 種のタンパク質ATP
DG = − 30.5 kJ/mol

14種のタンパク質

H+
Ca2+ (H+)

単一タンパク質

単一タンパク質PPi
DG = − 19.2 kJ/mol
低コストポンプ新しい展開：PPi 濃度抑制の破綻がデンプン合成を誘導するH+-PPaseと可溶性PPaseの欠失 (fugu5 ppa1)→ 高濃度PPi → デンプン合成
ショ糖 → UDP-Glc + PPi → UTP + Glc-6P →(Glc-6P → → ADP-Glc → デンプン)

PPiの濃度調節= 代謝調節デンプンの異常な蓄積

デンプン染色Segami et al. (2018) Plant Cell
Kinoshita et al. unpublishedhttps://pixabay.com/ja/ 2019/06/10

H+-PPase: 生物界にひろく分布する古代型酵素（一部生物種で欠落）

酵母、動物では、進化の過程でH+-PPase 遺伝子が欠落したと推定
分子モデル

旅路の時代生物学：細胞分画法、オルガネラ（ペルオキシソーム、リソソームの発見）
Christian Réne de Duve（英国）1974年ノーベル生理学・医学賞（ミトコンドリア、グリオキシソーム、液胞）

生化学 生体膜エネルギー変換酵素：（H+-PPase 分子同定 1989年）
Peter Mitchell（英国）ATP 合成の化学浸透圧説 1978年ノーベル化学賞
Paul Boyer（米国）、John Walker（英国）ATP 合成酵素
Jens Christian Skou（デンマーク）Na+/K+-ATPase

1997年

ノーベル化学賞

チャネルの分子構造と機能：（植物水チャネル TIP 1992年）
Peter Agre（水チャネル）、Roderick MacKinnon（K+チャネル）
2003年ノーベル化学賞

植物の傷害応答としてのミトコンドリアの増殖の機構（学位研究）
分子レベルで解明→

Cytochrome c oxidase→ 分子の実体、核DNAとミトコンドリアDNAの協調性の解明
脂肪種子の膜結合型リパーゼの単離と機能解明（UC Santa Cruz）
脂質顆粒とグリオキシソームの相互作用

発芽時の脂肪代謝の起点

液胞膜酵素（北大 低温科学研究所）植物の低温耐性・感受性
H+-ATPase 活性は低温で低下→ 複雑な構造が低温下で崩壊

H+-PPase 活性は低温下でも安定→ シンプルで堅固な構造研究の土俵：Membrane Biology
膜タンパク質の精製、機能・作動機構、生理機能研究の過程で見出した「思わぬ花や小石」それぞれの分子がおもしろい！

H+-PPaseの特性を解析する中で発見した Ca2+ 結合タンパク質
Ca2+は H+-PPase活性を阻害する→ Ca2+はH+-PPaseに結合 (予測)Ca2+結合タンパク質を染めるStains-all（思わぬ分子が染まった）

RVCaB: Radish vacuolar Ca-binding protein

Maeshima (1991) Eur. J. Biochem. (1991)

Mg-PPi 反応する
Ca-PPi 反応しない

Yuasa et al. (2000) Plant Physiol.

RVCaB の類縁分子：PCaP と CCaP（シロイヌナズナ）
RVCaB

PCaP1, PCaP2（細胞膜局在）
CCaP（暗闇を感知する分子、細胞質）

Ide et al. (2007) J. Exp. Bot.

RVCaB の類縁分子：PCaP と CCaP（シロイヌナズナ）

PCaP1
RVCaB
ダイコン

PCaP2
CCaPほぼ全ての細胞の細胞膜に局在
気孔閉口・根屈水性・ウイルス移動に関与
根毛の細胞膜局在：根毛の伸長に不可欠細胞質、暗闇を感知する分子

PCaP2p::PCaP2-GFP
ABC

根毛の発達・伸長に不可欠なPCaP2

Ide et al. (2007) J. Exp. Bot.
Nagasaki et al. (2008) FEBS J.
Nagasaki et al. (2008) J. Biochem.
Kato et al. (2010) Plant Cell Physiol.
Kato et al. (2013) Plant J.
Kato et al. (2019) Plant J.
Tanaka et al. (2014) J. Exp. Botany
Tanaka et al. (2019) Plant Cell Physiol

PtdInsPとCa/CaM は PCaPのN末端領域と競合的に結合する：情報の切替
ホスファチジルイノシトールリン酸
脂質シグナル分子

Ca2+ シグナル à 脂質シグナル

情報伝達−+
211017A

147K K

PCaPからの遊離PtdInsPs
2118K

11RP

1022

SKL

KV

E

15613817V
9F

16K M
12A

147K K

18K

11RP

PCaP2のN末端

192322

SKL

K

V

E

SP

20

PtdInsPs

15613

Bind

Ca/CaM

8SP

20V
9F

16K M
122319

推定CaM結合モチーフ

Nagasaki et al. (2008) FEBS J, (2008) JB
Kato et al. (2013) Plant J., (2019) Plant J.
30/40

PCaP1とPCaP2は、カルシウムシグナリングの多様性を支える相互作用タンパク質Ca2+

PCaP1
PCaP2

PtdInsPs
脂 質IP3Ca2+膜輸送体
イオンチャネル

多様かつ特異的な生理的応答

ジアシルグリセロール

Ide et al. (2007) J. Exp. Bot.
Ca2+/CaM
Nagasaki et al. (2008) FEBS J.
タンパク質キナーゼ
Nagasaki et al. (2008) J. Biochem.
Kato et al. (2010) Plant Cell Physiol.
Kato et al. (2013) Plant J.
PCaP1: 気孔の閉口、植物ウイルスの細胞間移動、Kato et al. (2019) Plant J.
根の水分屈性Tanaka et al. (2014) J. Exp. Botany
PCaP2: 根毛形成・発達
Tanaka et al. (2019) Plant Cell Physiol

骨をもたない植物は カルシウムを液胞に貯める

Ca2+/H+ 交換輸送体

Ueoka-Nakanishi et al.
(EJB 1999, EJB 2000, PCP2000)
Kamiya et al. (JBC 2004,PCP 2005, PCP 2006)
新Ca2+ 結合タンパク質

Yuasa et al. (PlantPhys.2000, Plant Mol
Biol 2001, BBB 2002)
Ide et al. (PCP 2007,J Exp Bot 2007)

細胞質の亜鉛濃度を調節し、亜鉛の供給と貯蔵量を規定する分子Zn2+/H+交換輸送体
欠乏過剰

亜鉛輸送体による調節

亜鉛ホメオスタシス

Kobae et al.(2004) PCP
Kawachi et al. (2008) J. Biol. Chem.
Kawachi et al. (2009) PCP
Kim et al. (2009) Plant J.
Kawachi et al. (2012) FEBS J.
Ueno et al. (2013) J. Exp. Bot.
Tanaka et al. (2015) FEBS Open Bio
Tanaka et al. (2015) PCP
Fujiwara et al. (2015) FEBS J.

液胞膜水チャネル分子の発見：分子のゴミ（混入分子）
液胞膜からH+-PPaseを精製

1. 液胞膜主要タンパク質 (23 kD) は何か？

混入するタンパク質は何？
2. 液胞にショ糖を輸送する輸送体を見つけたい。
H+-PPaseà ダイコンとテンサイの液胞膜を比較
à ダイコン液胞にも23 kD 分子存在3. 液胞膜23 kD分子（水チャネル）を分析
à 論文発表 1992 Plant Physiol.

Prof. M. Chrispeels“Radish VM23 is an aquaporin”.
in 1992, @NIBB
23 kD
Maeshima, M., and Yoshida, S. (1989) Purification and properties of
vacuolar membrane proton-translocating inorganic pyrophosphatasefrom mung bean. J. Biol. Chem., 264, 20068-20073.

”ゴミ分子”は無い → 生体膜で輝く分子4 February 1992; accepted 25 March 1992

赤血球アクアポリン
Science 1992

26 August 1991; accepted 15 October 1991

液胞膜アクアポリン
Plant Physiology 1992

水チャネル：水循環を支える分子
https://www.ks.uiuc.edu/Research/aquaporins/ 2019/06/24

https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2003/popular-information/ 2019/06/24

水チャネル：
浸透圧にしたがって水分子を膜輸送する（エネルギー不要、受動輸送）
高次分子構造の解明は藤吉好則博士の貢献大P. Agre 博士のノーベル賞受賞に貢献

・サイズで振り分ける
・H+でないことを確認
・水分子間の水素結合を切る

ユニークなアクアポリンSIPは小胞体 ER 膜に局在緑色蛍光タンパク質を結合したSIP

35S GFP

シロイヌナズナ培養細胞
AtSec22 GFP (ER marker)

vacuolevacuolenucleus

SIP1;1 GFPGFP SIP1;1

nucleusbars = 10 µm

Ishikawa et al. (2004) FEBS Lett.

水チャネルの細胞内局在と輸送基質はさまざま
シロイヌナズナ ３５、イネ ３３、ヒト１３分子種

1992〜2019
HiguchiTsuchiya
Murakami
Imagawa

Suga

Ohshima
Ishikawa
Mizutani
Tsuchihira
Miyamoto
Nara
Muto
Ashikari
Sato
Sakurai
Murai
Fleurat-Lessard
Serraji
ShiratakeAnderca
Kobae
Katsuhara
MiyakeKamiyaヒト: １３分子種

水チャネルが運ぶ分子
H2O

Higuchi et al. 1998
Ohshima et al. 2001
Suga et al. 2003, 2004
Sakurai et a. 2005

亜ヒ酸

Kamiya et al. 2009 JBC

アンモニア

グリセロール

乳酸

Anderca et al. 2004

過酸化水素

Sato et al. 2019submitted尿素

言芦田

葉淳 元名大総長 研究を通して人として成長する

瓜谷 郁三 名誉教授 農学の基礎学問を異常から正常へ研究あっての人生、人生あっての研究

旭正 名誉教授 教育は忍耐
次はオルガネラと分子レベルの時代 1976
新しい役を引き受けたら新しいことに挑戦する

中村 研三 名誉教授

ゴールを早くつかむ実験を設計する

Harry Beevers UC名誉教授

研究は一人ではなくチームで進める

Enrico Martinoia Zürich大名誉教授 生まれ変わったらどの分野をやる？
手塚 修文 名誉教授

まず自分の年齢の数だけの論文を出しなさい一つの分子にもたくさんの真実がある
一つの分子から見える全体像もある「分子を見つめる、分子から生物を見る」
学生との共著論文作成は、双方の研究力の位置エネルギーを上げる。
論文が採択されたら、それが一つ一つの表彰状。

共同研究の皆様（４１５名）

研究の支え

名古屋大学：旭 正 教授、瓜谷郁三 教授、中村研三 教授

University of California, Santa Cruz: Prof. Harry Beevers & Prof. Lincoln Taiz
北海道大学低温科学研究所：吉田静夫 教授

H+-PPase is your baby. (1989)

重点領域研究、特定領域研究、新学術領域研究、特別推進 代表各位

名古屋大学 細胞ダイナミクス研究室 卒論生・大学院生・山本洋子
博士学位：（北大）松浦-遠藤千絵（吉田教授）、大平万里（細胞ダイナミクス研究室）中西洋一、須賀しのぶ、中西華代、湯浅浩司、三村久敏、
神谷岳洋、広野めぐみ、小八重善裕、瀬上紹嗣、長崎菜穂子、河内美樹、土平絢子、
加藤真理子、浅岡真理子、田中奈月、福田茉由、佐藤良介#(Marinela Anderca)

Professors Enrico Martinoia, Youngsook Lee, Heven Sze, Marteen Chrispeels, Christoph
Maurel, Kendal Hirschi, Ulrich Lüttge, Pål Nyrén, Rassell L. Jones, Karin Schumacher,Liam Dolan, Markus Geisler, Dr. Raphael Ratajczak, & Ali Ferjani

https://www.cruisemapper.com/ports/annapolis-port-2220 2019/06/17

June, 2016, Annapolis, Maryland

April, 2018

ゲーテの言葉
涙と共にパンを食べた者でなければ人生の味はわからない。
青年は教えられることよりも、刺激されることを欲する。

MC student of the Schumacher’s Lab

４. 伝えたいことありがとうございました。

Flowers will bloom