Since:
[1997.05.30] Updated: [2010/03/18]
研究内容
環境分子生物学分野 | 生物圏科学専攻 | 地球環境科学研究院
| 北海道大学
(Our Lab)
(Our group)
研究におけるキーパーフォーマンス：如何なる遺伝子でも設計することができます。
研究キーワード：人工生物、人工ゲノムデザイン、合成生物学、バイオセンサー、指向的進化加速器、生物デバイス(BioDevice)、BioBrick, iGEM
<Key words:
Artificial organisms, Gene design, Synthetic biology, Biosensor, BioDevice, BioBrick, E. coli,
Plant, iGEM, Acceleration of directed evolution>
メッセージ：人工遺伝子を生物に導入しておくことにより、生物が元々持っている正常な振る舞いとは異なる、作成者によって意図された自然界に於いては決して有り得ない振る舞いを生物にさせることが可能です。そのような人工遺伝子を我々は、生物デバイスと呼びます。あなたの想像力を生かして、そのような生物デバイスを持った、素晴らしい人工生命体を私たちと一緒に創造してみませんか。北大でお待ちしています。※ 研究に興味のある受験生は、事前に連絡をいただければ詳細な説明をいたします。
最近の研究<Recent Research>
人類は生物の中から何種類かを選び出し改良を加えることにより、農作物や家畜とし、「人類のために生きる生物」を創り出してきました。日本ではまだ、遺伝子組換え作物の利用はあれこれと議論されてはいますが、世界的には組換え作物の生産量は年々増加し続けています。日本でもいずれは、組換え作物に対する消費者の理解の不足から生じた誤解は解け、キメラ遺伝子を何百何千と内包する「人類に都合の良い改造生物」を利用する時代は確実に近付いています。私が研究者としての役割を終えるまでに行いたいことは、「遺伝子デザイン学」の構築です。生物を改造する技術が成熟すれば、ストレス耐性の改造作物が安定した食糧供給を支え、改造植物が劣化した環境を改善してくれることでしょう。下記の「応用研究テーマ」のところでも概説しますが、例えば約１０種類の生物から調整したDNA断片を部品として組合せて３つのキメラ遺伝子を作り、ヒトの情報伝達系を植物内で再現する程度の私の実験などは、もはや難しい実験ではありません。今後の１０年間は、「複数の情報伝達系・複数の代謝系を、意図したとおりに機能させる技術を完成させ、生物ロボットの安全性・有用性を立証できる研究をして行きたい」と考えています。上記研究目的を達成するためのアプローチとして、これまで行ってきた研究を以下に概説することにより、その流れを御理解いただければと思います。
<Human being
had been creating desired agricultural products or livestock by their
continuous efforts to repeat selection of plants and animals for long time.
During last decade, the quantity of production of genetically modified crops
has been increasing every year, even though Japanese consumers still play it
cozy. However, sooner or later, misunderstanding which arose from shortage of
consumers understanding as to genetic recombination of crops would be reduced.
And, before long, the technology for genetic modification of crops will be
established, these crops should support the food production, and stress
tolerant organisms should contribute for remediation of deteriorated
environment in near future. As an applied field research, we succeeded in
making six plant biosensors that can determine estrogen, progesterone,
glucocorticoid, mineralocorticoid, thyroid hormone, and PPARg ligand by introducing three chimeric genes
into plants. These genes were synthesized by fusing DNA fragments (genetic
parts) obtained from various organisms containing human, bacteria, viruses, and
plant in last decade. In next decade we will make various biosensors useful for
human being and the evolution accelerator through constructing BioDevices employing model based design method based on the
technology of synthetic biology.>
Yamazaki K., De Mora K. &
Saitoh K.: BioBrick-based ‘Quick Gene
Assembly’ in vitro. Synthetic Biology, doi: 10.1093/synbio/ysx003 (2017).
Shehata
M. & Yamazaki
K.: Using Recombinant E.
coli Displaying Surface Heavy Metal Binding Proteins for Removal of Pb2+ from
Contaminated Water. J Bioremediation & Biodegradation, DOI: 10.4172/2155-6199.1000441
(2018).
学生の研究テーマ例
例１：指向的進化加速システムの構築
例３：大腸菌ディスプによるツーハイブリッドシステムの開発
これまでの研究成果
TBP(TATA Box 結合タンパク質)に関する基礎研究（分子生物学）：２４年前に私が生物の改造に必要と考えた重要な要素の一つは「導入遺伝子の制御を司るプロモーターと転写因子との相互作用がどのようであるかを解明すること」でした。当時、植物由来の転写因子 (TGA1a) と TATA 配列結合タンパク質
(TBP) が、米国ロックフェラー大学のナムハイ=チュア教授の研究室でクローニングされましたので、彼らとの共同研究を開始し、これらの生化学的性質を世界で始めて明らかにしました。さらに、これらの性質をより正確に調べるための植物由来の試験管内転写系を世界で始めて独自に開発し、植物の
TBP の TATA 配列の認識が、他の生物由来の TBP とどのように異なるかを詳細に調べました。
Yamazaki,
K. & Immamoto, F.: Selective and accurate
initiation of transcription at the T-DNA promoter in a soluble chromatin
extract from wheat germ. Mol Gen Genet 209: 445-452
(1987).
Yamazaki,
K., Chua, N.-H. & Imaseki, H.: Accurate
transcription of plant genes in vitro using a wheat germ-chromatin extract.
Plant Mol Biol Report,
8(2): 114-123 (1990).
Yamazaki,
K., Katagiri, F., Imaseki,
H. & Chua, N.-H.: TGA1a, a tobacco DNA-binding protein, increases the rate
of initiation in a plant in vitro transcription system. Proc Natl Acad Sci, 87: 7035-7039 (1990).
Katagiri, F., Yamazaki, K., Horikoshi, M., Roeder, R.G. &
Chua N.-H.: A Plant DNA-binding protein increases the number of active
preinitiation complexes in a human in vitro transcription system. Genes &
Development, 4: 1899-1909 (1990).
Mukumoto,
F., Hirose, S., Imaseki, H., & Yamazaki, K.: DNA sequense requirement of a TATA-binding protein from
Arabidopsis for transcription in vitro. Plant Mol Biol 23: 995-1003, (1993).
Takeda,
Y., Hirokawa, H., & Yamazaki, K.: Bending of DNA
in solution caused by a protein from Arabidopsis that binds to a TATA element. Biosci Biotech Biochem 58(5):
916-920, (1994).
Yamaguchi,
Y., Mukumoto, F., Imaseki, H., & Yamazaki, K.:
Preparation of an in vitro transcription system of plant origin, with methods
and templates for assessing its fidelity. Plant Molecular Bilogy
Manual (Gelvin SB, Schilperoort
RA, Verma DPS, eds, Kluwer
Academic Publishers, Dordrecht) E2: 1-15, (1994).
Iwataki, N., Hoya, A., Yamazaki, K.: Restoration of TATA-dependent
transcription in a heat-inactivated extract of tobacco nuclei by recombinant
TATA-binding protein (TBP) from tobacco. Plant Mol Biol 34: 69-79 (1997).
Yamaguchi,
Y., Itoh, Y., Takeda, Y., Yamazaki, K.: TATA sequence requirements for the
Initiation of transcription for a RNA polymerase II in vitro
transcription system from Nicotiana tabacum. Plant Mol Biol. 38:
1247-1252, (1998).
山崎健一: 植物遺伝子を用いたインビトロ転写システム, 化学と生物, 26(9): 555-556
(1988).
山崎健一, 今関英雅: 植物遺伝子のインビトロ転写法, 植物細胞工学, 秀潤社, 2(6): 741-748
(1990).
山崎健一,: 植物遺伝子の転写装置とその調節機構,蛋白質核酸酵素, 共立出版, 37(17): 141-149
(1992).
山崎健一,: 植物遺伝子の転写調節機構の研究, 学術月報, 日本学術振興会, 48(8): 90 (1995).
山崎健一, 片桐文章, ナムハイ＝チュア, 今関英雅,: 試験管内転写系による植物転写因子の機能解析, 「植物全能性の分子生物学」, 駒嶺穆 編, 朝倉書店, pp. 219-235
(1991). （分担執筆）
山崎健一： 転写装置, 「植物遺伝子のサイエンス」, 長田・内宮 編, 講談社サイエンティフィック, pp 1-10 (1994). （分担執筆）
転写コアクチベーターに関する基礎研究（分子生物学）：このような「初期の基礎研究テーマ」が一段落したところで、私が次に重要だと考えたことは、「情報が転写装置内のタンパク質の中をどのように伝わり、それがマクロな生命現象とどのように関わっているかを解明すること」でした。これは、「現在の基礎研究テーマ」として引き継がれ、１９９５年以降の１３年間、シロイヌナズナの転写コアクチベーター（MBF1）の研究に取り組むことになりました。研究開始から９年目の２００４年までに、シロイヌナズナのゲノム上に MBF1 遺伝子が３つ存在し、どれも転写因子からの調節信号を TBP に受け渡す活性を有しており、それぞれ異なった発現調節を受けていることを見つけました。同年、これらのうち２つが組織特異的に発現し、１つが熱などのストレスで激しく誘導されることを見つけ、ストレス応答に深く関わっていることが分かりました。翌年、これら３つの
MBF1 がシロイヌナズナの細胞の核小体に局在していることを見つけました。その後、米国の研究者らにより、この転写コアクチベーターが植物にストレス耐性を付与する上で重要な因子であることがわかり、ストレス耐性を持つ新機能植物開発のターゲット遺伝子としても注目されています。最近、体内で MBF1 の機能を抑制した植物を作り観察したところ、葉が極端に小さくなり、これが細胞分裂をせずに核だけが倍加するエンドリデュプリケーションの抑制によって引き起こされていることを発見しました。
Tsuda,
K., Tsuji, T., Hirose, S. and Yamazaki, K.,: Three Arabidopsis MBF1 Homologs
with with Distinct Expression Profiles Play Roles as
Transcriptional Co-activators. Plant Cell Physiol,
45(2): 225-231, (2004).
Tsuda,
K., and Yamazaki, K.,: Structure and expression analysis of three subtypes of Arabidopsis
MBF1 genes. Biochim Biophys
Acta, 1680: 1-10, (2004).
Sugikawa, Y., Ebihara, S., Tsuda,
K., Niwa, Y. and Yamazaki, K.,: Transcriptional
coactivator MBF1s from Arabidopsis predominantly localize in nucleus. J Plant Research.
118: 431-437, (2005).
Tojo, T., Tsuda, K.,
Yoshizumi, T., Ikeda, A., Yamaguchi, J., Matsui, M.
and Yamazaki, K.,: Arabidopsis MBF1s Control
Leaf Cell Cycle and its Expansion. Plant Cell Physiol,
50(2): 254-264, (2009).
Arce, D., Godoy, A., Tsuda, K., Yamazaki,
K-I., Valle, E., Iglesias, M., Mauro, M., Casalongu, C. :The Analysis of An
ArabidopsisTriple Knock-Down Mutant Reveals Functions
for MBF1 Genes under Oxidative Stress Conditions. J Plant Physiol,
167: 194-200, (2010).
Mauro, M., Iglesias, M., Arce, D., Valle, E.,
Arnold, R., Tsuda, K., Yamazaki, K-I., Casalongué, C.,
Godoy, A., MBF1s regulate ABA-dependent germination of Arabidopsis
seeds, Plant Signaling & Behavior, 7(2): 1–5, (2012)
転写活性化因子に関する基礎研究（分子生物学）：
Uozumi, N., Inoue, Y., Yamazaki, K., & Kobayashi, T.: Light activation of
expression associated with the tomato rbcS promoter
in transformed tobacco cell line BY-2. J Biotechnology 36: 55-62 (1994).
Yoshida,
K., Kasai, T., Garcia, M. R. C., Sawada, S., Shimizu, S., Yamazaki, K., Komeda, Y. & Shinmyo, A.:
Heat-inducible expression system for foreign gene in cultured tobacco cells
with using the HSP18.2 promoter of Arabidopsis thaliana. Applied Microbiol Biotech 44: 466-472 (1995).
Shimizu,
S., Itoh, Y., Yamazaki, K.: Temperature-dependent increase in the DNA-binding
activity of a heat shock factor in an extract of tobacco cultured cells. Plant Mol Biol 31: 13-22 (1996).
Suzuka, I., Yamagawa, Y., Yamazaki, K., Ueda, T.,
Nakagawa, H., Hashimoto, J.: Biochemical and Immunological characterization of
rice homologues of the human immunodeficiency virus-1 Tat binding protein and
subunit 4 of human 26S proteasome subunits. Plant Mol
Biol 37: 495-504 (1998).
Maruyama, Y., Yamoto, N., Suzuki, Y., Chiba, Y., Yamazaki, K-I., Sato, T., Yamaguchi, J., The Arabidopsis transcriptional repressor ERF9 participates in resistance against necrotrophic fungi. Plant Sci, 213: 79-87, (2013).
ステロイドを検出するバイオセンサー開発の応用研究（合成生物学）：基礎研究の側ら、「応用研究テーマ」として、１９９８年以降の１０年間、「ヒトのステロイドホルモンの活性を検出できる新機能植物（植物バイオセンサー）の開発」に取り組んできました。研究開始後７年目の２００５年には、植物バイオセンサーを用いて、簡便で超高感度なエストロゲン検出法を開発し、国際特許をとりました。その翌年（２００６年）、この植物バイオセンサーを用いて、南米産の４１種類の薬草に含まれるエストロゲン活性を調べたところ、エストロゲン活性・抗エストロゲン活性を含むもの２１種を発見しました。このことにより、「植物バイオセンサーが、天然物からのステロイドホルモン活性物質のスクリーニングに極めて有効である」ことを立証し日本語の総説にまとめました。その後の研究により、甲状腺ホルモンバイオセンサー・副腎皮質ホルモンバイオセンサー・黄体ホルモンバイオセンサーを新機能植物として開発し、現在、３報の論文としてまとめつつあります。また、協力して研究開発をしている企業との連携によりビジネス化が進行中です。さらに理化学研究所のケミカルライブラリーを活用した共同研究により、全種類のステロイドホルモン活性物質を選抜できるシステムを完成させ、あらゆる天然物からのステロイドホルモン活性物質の選抜が簡単にできるようにしようとしています。
東條卓人, 津田賢一, 和田朋子, 山崎健一,：女性ホルモンを見つける植物, 廃棄物学会誌, 15(5): 247-253
(2004).
Tojo, T.,
Tsuda, K., Wada, T. and Yamazaki, K.,: Development a system for monitoring estrogenic
activity using transgenic Arabidopsis thaliana. J Environmental Biotechnology,
5(1): 31-36, (2005).
Tojo, T.,
Tsuda, K., Wada, T. and Yamazaki, K.,: A simple and extremely sensitive system for
detecting estrogenic activity using transgenic Arabidopsis thaliana. Ecotxicology and Environmental Safety, 64: 106-114, (2006).
Takahashi,
Y., Tojo, T., Nagahora, S. and Yamazaki, K.,:
Direct Determination of Estrogenic and Antiestrogenic
Activities Using an Enhanced Plant Two-Hybrid System. J Agric Food Chem, 55(8): 2923-2929, (2007).
東條卓人, 高橋洋介, 山崎健一,: 遺伝子組換え植物を用いたエストロゲン様物質の検出, 環境修復の科学と技術, 北海道大学大学院環境科学院編, pp. 99-114
(2007).
東條卓人, 高橋洋介, 山崎健一, : 植物バイオセンサーを用いた低コスト・無菌操作不要のステロイド系化合物活性測定法. New Food Industry. 50(5): 38-48 (2008).
植物ホルモンに関する研究（植物分子生理学）：これらの研究は、名古屋大学農学部にて助手として手掛けた研究が主要な部分を占めています。
Yamazaki,
K. & Sugiyama, T.: Factor(s) protecting pyruvate orthophosphate dikinase of Panicum maximum
against cold-inactivation. Plant & Cell Physiol,
25(7): 1319-1322 (1984).
杉山達夫, 山崎健一,: C４ 植物の温度適応, 「資源植物」, 赤沢 尭編, 学会出版センター, 東京, pp. 121-137
(1986). （分担執筆）
Nakajima,
N., Mori, H., Yamazaki, K. & Imaseki, H.:
Molecular cloning and sequence of a complementary DNA encoding
1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase induced by tissue wounding. Plant
& Cell Physiol, 31(7): 1021-1029 (1990).
Imaseki, H., Nakajima, N., Nakagawa, N., Mori, H. & Yamazaki, K.: Wound
induction of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase and its regulation.
Polyamines and Ethylene: Biochemistry, Physiology, and Interactions, (HE
Flores, RN Arteca, JC Shannon, eds;
American Society of Plant Physiologists) pp 180-189 (1990).
Ishige, F., Yamazaki, K., Mori, H. & Imaseki,
H.: The effects of ethylene on the coordinated synthesis of multiple proteins:
Accumulation of an acidic chitinase and a basic glycoprotein
induced by ethylene in leaves of azuki bean, Vigna angularis. Plant & Cell
Physiol, 32(5): 681-690 (1991).
Nakagawa,
N., Mori, H., Yamazaki, K. & Imaseki, H.: Cloning
of a complementary DNA for Auxin-induced 1-amino-cyclopropane-1-carboxylate
synthase and differential expression of the gene by auxin and wounding. Plant
& Cell Physiol, 32(8): 1153-1163 (1991).
Ishige, F., Mori, H., Yamazaki, K. & Imaseki,
H.: Identification of a basic glycoprotein induced by ethylene in primary
leaves of azuki bean as a cationic peroxidase. Plant Physiol, 101: 193-199 (1993).
Ishige, F., Mori, H., Yamazaki, K. & Imaseki,
H.: Cloning of a complementary DNA that encodes an acidic chitinase
which is induced by ethylene and expression of the corresponding gene. Plant
& Cell Physiol, 34(1): 103-111 (1993).
大腸菌における転写調節メカニズムの基礎研究（分子生物学）：大阪大学医学部の博士課程在学中に行った研究です。
山崎健一, 今本文男: アガロースゲル内の DNA と RNA の高感度銀染色法, 蛋白質核酸酵素, 共立出版, 27(10): 1277-1279
(1982).
Yamazaki,
K., Nagata, A., Kano, Y. & Imamoto, F.: Isolation
and characterization of nucleoid proteins from Escherichia coli. Mol Gen Genet, 196:217-224 (1984).
山崎健一, 黒木和之, 加納康正, 今本文男,: 遺伝子発現と DNA 超ラセン構造,
生物物理, 日本生物物理学会, (24)5: 240-248
(1984).
ＤＮＡマイクロアレイ開発の応用研究（分子生物学）：日本最大のＤＮＡ合成能力を有する北海道企業である「シグマジェノシスジャパン」と、ヒタチソフトウェアの子会社「ＤＮＡチップ研究所」の協力のもと、ＤＮＡチップコンソーシアムを造り、その代表を務めました。コンソーシアムからは全国５００名の分子生物学者にＤＮＡマイクロアレイを供給し、日本で最初の日本オリジナルのＤＮＡマイクロアレイを構築し、普及させました。
山崎健一, 橋本博支, 田中祐二,:DNA マイクロアレイの基本技術の最適化, 臨床検査, 46(6): 667-680
(2002).
畠山博充, 古田 康, 本間明宏, 折舘伸彦, 鈴木清護, 永橋立望, 八木克憲, 犬山征夫, 福田 輸, 山崎健一, 楠崎幸作,:cDNA マイクロアレイを用いた鼻副鼻腔癌及び前癌病変における遺伝子発現の検討, 頭頚部腫瘍, 28(1): 269-274
(2002).
Higuchi,
E., Oridate, N., Furuta, Y., Suzuki, S., Hatakeyama, H., Sawa, H., Sunayashiki-Kusuzaki, K., Yamazaki, K., Inuyama,
Y., Fukuda, S.,: Differentially expressed genes associated with CIS-diamminedichloroplatinum (II) resistance in head and neck
cancer using differential display and CDNA microarray. Head &
Neck 25(3): 187-193, (2003).
山崎健一,: 北海道における DNA チップビジネスの育成, 北海道医誌, 77(2): 149-150
(2002).
痛風原因遺伝子のクローニング（基礎医学）：博士号取得後に最初に就職した横浜市立大学医学部の助手として手掛けた研究は、遺伝病である高尿酸血症(痛風)の原因遺伝子であるキサンチン脱水素酵素遺伝子のクローニングでした。これは哺乳類からクローニングされた世界最初のキサンチン脱水素酵素遺伝子となりました。
Yamazaki,
K., Nishino, T. & Tsushima, K.: Isolation of cDNA sequence coding for a
part of xanthine dehydrogenase from rat liver. In: Edmondson DE and McCormick
DB (eds) Flavins and Flavoproteins 1987. Walter de Gruyter
& Co., Berlin, 425-428 (1987).
Amaya, Y.,
Yamazaki, K., Sato, M., Noda, K., Nishino, T. & Nishino, T.: Proteolytic conversion
of xanthine dehydrogenase from the NAD-dependent type to the O2-dependent
type. J Biol Chem, 265(24):
14170-14175 (1990).
科学教育学関連：大学生用の生物学の教科書としてレーブン/ジョンソン生物学（上・下）の翻訳委員会の委員として、翻訳しました。小学生の理科実験の指導書としてわくわく・びっくりサイエンス教室全５巻・わくわく自由研究全２巻を単著で執筆しました。
山崎健一, 伊藤健史:遺伝子デザイン学入門I, 北海道大学出版会,
ISBN978-4-8329-7413-5 C1047, (2012).
山崎健一,: 探訪記 iGEM「生物ロボットコンテスト」2011, 実験医学, 30(9): 1486-1488
(2012).
山崎健一,: カガクへの視点 科学者脳を量産する方法, 化学, 67(12): 11
(2012).
山崎健一,: Science &
Communication, 理想, 104: 9-10 (2012).
山崎健一: レーヴン/ジョンソン生物学(上)原書第７版, 翻訳委員会監訳, 培風館, 東京, (2006). （翻訳委員会委員として編集）
山崎健一: レーヴン/ジョンソン生物学(下)原書第７版翻訳委員会監訳, 培風館, 東京, (2007). （翻訳委員会委員として編集）
山崎健一: わくわく・びっくりサイエンス教室（小学校３年生）, 国土社,
ISBN4-337-16501-0 C8340, (2004). （単著）
山崎健一: わくわく・びっくりサイエンス教室（小学校４年生）, 国土社,
ISBN4-337-16502-9 C8340, (2004). （単著）
山崎健一: わくわく・びっくりサイエンス教室（小学校５年生）, 国土社,
ISBN4-337-16503-7 C8340, (2004). （単著）
山崎健一: わくわく・びっくりサイエンス教室（小学校６年生）, 国土社,
ISBN4-337-16504-5 C8340, (2004). （単著）
山崎健一: わくわく・びっくりサイエンス教室（小学校チャレンジ編）, 国土社,
ISBN4-337-16505-3 C8340, (2004).
山崎健一： わくわく自由研究 1, （国土社）,
ISBN4-337-16511-8, (2005). （単著）
山崎健一： わくわく自由研究 2, （国土社）,
ISBN4-337-16512-6, (2005). （単著）
山崎研究室 | 環境分子生物学分野 | 生物圏科学専攻 | 地球環境科学研究院
| 北海道大学
(Our
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Nishi5 Kita-ku, Sapporo 060-0810, Japan) TEL/FAX: 011-706-4522
(+81-11-706-4522 Mail
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