| Project Area | Photosynthesis ubiquity: Supramolecular complexes and their regulations to enable photosynthesis all around the globe |
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| Project/Area Number |
23H04958
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
栗栖 源嗣 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (90294131)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池上 貴久 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (20283939)
川本 晃大 大阪大学, 蛋白質研究所, 助教 (90631523)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥194,740,000 (Direct Cost: ¥149,800,000、Indirect Cost: ¥44,940,000)
Fiscal Year 2025: ¥33,280,000 (Direct Cost: ¥25,600,000、Indirect Cost: ¥7,680,000)
Fiscal Year 2024: ¥36,790,000 (Direct Cost: ¥28,300,000、Indirect Cost: ¥8,490,000)
Fiscal Year 2023: ¥56,160,000 (Direct Cost: ¥43,200,000、Indirect Cost: ¥12,960,000)
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| Keywords | 光合成 / 構造生物学 / 生物物理学 / 植物生理学 / 植物科学 |
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| Outline of Research at the Start |
本計画研究では，時空間的に幅のあるNMR分光法，Ｘ線結晶構造解析，クライオ電子顕微鏡の３つの構造生物学の手法を駆使し幅広の構造生物学研究を展開することで，超分子複合体構造の構築原理を解明し，光合成生物の環境適応の仕組みを統一的に理解することを目指す。また，蛋白質を精製する生化学実験の困難な非モデル生物や祖先型配列については，AIを駆使して高精度予測構造を構築し，予測構造を評価しながら比較構造解析を実施する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
光合成電子伝達の基本反応を司る分子装置のコア構造は，シアノバクテリアから種子植物にいたるまで高度に保存されている。コア構造の周りには環境変化に応じて制御される多様なアンテナ分子装置が動的に超複合体構造を形成することがわかっているが，空間的・時間的にどのようにして超複合体構造を形成するのか，その仕組みは統一的に理解できていない。そこで，本研究課題では，NM，Ｘ線，クライオ電顕の３手法を駆使し，それぞれÅからサブマイクロメートル（チラコイド膜）までの異なった空間スケールで，且つピコ秒（pH変化）から分（膜構造ダイナミクス）オーダーの時間幅で，超分子複合体形成の構造基盤を精密に観て理解することを目指す。さらに，実験的に構造決定できない生物種の超分子構造についても，AIを用いた構造予測を併用することで解き明かし，光合成生物が進化の過程で獲得した環境適応の原理を解明することを目的とする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
具体的には，以下の3つの研究項目を推進し，研究領域の掲げる光合成ユビキティーの解明に貢献したと考える。
研究項目１．光化学系Iとアンテナ蛋白質超複合体の最適配置を決定する構造基盤の解明
研究項目２．光化学系I周辺の動的電子伝達複合体形成原理の解明
研究項目３．光化学系IIの環境適応を担うアンテナ複合体および膜リモデリング機構の解明
本年度は，研究項目１については，珪藻Phaeodactylum tricornutum由来光化学系I複合体の最高分解能での構造解析研究に取り組み，構造解析は順調に進展している。研究項目２については，系Iの祖先型に最も近い光合成細菌ヘリオバクテリアH. modesticaldumの反応中心とFdとの複合体構造解析を行い，電子伝達複合体形成に誘導される膜を介する情報伝達の検証が進んだ。研究分担者の池上教授グループと共同で，好熱性シアノバクテリアT. elongatusの安定同位体標識した[15N, 2H, methyl 1H/13C]-Cyt c6の大量調製に成功し，光化学系Iとの相互作用を動的に検証する道筋をつけた。研究項目３については，培養が難しく生化学研究ができないが超分子の構造進化を考える上で外すことのできない深海性藻類Palmophyllum crassum，および極地に生息する好冷性Chlamydomonas sp. UWO 241のLHCIIを対象とし，各種LHCIIを再構成法で高純度に調製する方法を検討した。A02班の坂本等と強力して膜リモデリング因子VIPP1のGFP融合細胞を対象に，クライオトモグラフィーの技術を用いて，チラコイド膜レベルでの構造解明を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度も，以下の３つの研究項目を推進し，研究領域の掲げる光合成ユビキティ研究に貢献する。
研究項目１．光化学系Iとアンテナ蛋白質超複合体の最適配置を決定する構造基盤の解明
研究項目２．光化学系I周辺の動的電子伝達複合体形成原理の解明，これにはシトクロムb6f複合体周辺を含める
研究項目３．光化学系IIの環境適応を担うアンテナ複合体および膜リモデリング機構の解明，これにはアンテナ単体の高分解能構造解析研究も含める
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