光依存型酵素の構造改変による新規光反応への機能変換

• Project/Area Number: 13J02354
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 植物分子生物・生理学
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山本 治樹 大阪大学, 蛋白質研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 光合成細菌 / 酵素 / クロロフィル合成 / 光合成 / クロロフィル / シアノバクテリア

Outline of Annual Research Achievements

今年度はアメリカ、インディアナ大学の分子細胞生物学科Carl Bauer教授の研究室において研究活動に従事した。主に1)クロロフィリド還元酵素の２つの異なる還元反応の触媒機構の解析、2)B12結合型転写制御因子AerRの生理学的な解析について研究を行った。
1)光合成細菌Rhodobacter capsulatusの持つクロロフィリドa還元酵素(COR)は本来の活性以外に、触媒部位近傍のビニル基を還元する活性を有することを最近報告したが、その２つの活性の連続反応をin vitroで再構成することに成功し、その結果からCORがこの反応をどのように触媒しているか解析を行った。その結果、これらの2種類の反応の順番や基質の特異性などを示すデータを得ることに成功した。これは酵素進化や酵素デザインの領域まで考察を広げる新規性の高い報告となり、8月にInternational Symposium on Photosynthetic Prokaryoteにおいてポスター発表を行った。また現在これらの結果をまとめ論文投稿の準備を行っている。
2)光合成細菌R. capsulatusでは光合成システムやヘム、カロテノイドの生合成に関わる遺伝子の制御にAerRと言う転写制御因子が関わる。最近、AerRがビタミンB12を結合することが報告され、B12が光受容体として機能している可能性が示唆された。私はB12の生体内での機能に焦点を当て、in vivoでのAerRの挙動をウェスタンブロットにより検出を行い、解析を行った。それにより、AerRは細胞内の状況に応じて２種類の大きさに変化することが分かった。これらの変化は光条件や酸素濃度には依存せず、AerRの発現量に依存することが示唆される。大腸菌を用いた発現の比較から、これら２種類の大きさのタンパク質はAerRのN末端側の一部欠失により起こる可能性が高い。今後は正確な切断箇所を解析するとともに、２種類のAerRについてB12結合性やその活性について解析を進めていく。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] インディアナ大学(米国)
• [Journal Article] Rhodobacter sphaeroides mutants overexpressing chlorophyllide a oxidoreductase of Blastochloris viridis elucidate functions of enzymes in late bacteriochlorophyll biosynthetic pathways (2015)
  • Author(s): Y. Tsukatani, J. Harada, J. Nomata, H. Yamamoto, Y. Fujita, T. Mizoguchi, H. Tamiaki
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Issue: 1 Pages: 9741-9741
  • DOI: 10.1038/srep09741
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Loss of cytochrome C_m stimulates cyanobacterial heterotrophic growth in the dark (2015)
  • Author(s): Hiraide, Y., Oshima, K., Fujisawa, T., Uesaka, K., Hirose, Y., Tsujimoto, R., Yamamoto, H., Okamoto, S., Nakamura, Y., Terauchi, K., Omata, T., Ihara, K., Hattori, M. and Fujita, Y.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 57 Issue: 2 Pages: 334-345
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu165
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reconstitution of a sequential reaction of two nitrogenase-like enzymes in the bacteriochlorophyll biosynthetic pathway of Rhodobacter capsulatus (2014)
  • Author(s): Haruki Yamamoto, Mina Kato, Kaori Yamanashi and Yuichi Fujita
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 448 Issue: 2 Pages: 200-205
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.04.087
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An unexpectedly branched biosynthetic pathway for bacteriochlorophyll b capable of absorbing near-infrared light (2013)
  • Author(s): Yusuke Tsukatani, Haruki Yamamoto, Jiro Harada, Taichi Yoshitomi, Jiro Nomata, Masahiro Kasahara, Tadashi Mizoguchi, Yuichi Fujita, and Hitoshi Tamiaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1217-1217
  • DOI: 10.1038/srep01217
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Completion of biosynthetic pathways for bacteriochlorophyll g in Heliobacteriun modesticaldum : The C8-ethylidene group formation (2013)
  • Author(s): Yusuke Tsukatani, Haruki Yamamoto, Tadashi Mizoguchi, Yuichi Fujita, Hitoshi Tamiaki
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta Volume: 1827 Issue: 10 Pages: 1200-1204
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2013.06.007
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Biochemical analysis of two sequential catalytic activities of chlorophyllide a oxidoreductase from Rhodobacter capsulates (2015)
  • Author(s): Haruki Yamamoto, Tadashi Mizoguchi, Yusuke Tsukatani, Hitoshi Tamiaki, Genji Kurisu, and Yuichi Fujita
  • Organizer: International Symposium on Photosynthetic Prokaryotes 2015
  • Place of Presentation: Tubingen, Germany
  • Year and Date: 2015-08-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] クロロフィリドa 還元酵素の2種類の還元反応の解析 (2015)
  • Author(s): 山本治樹、加藤美奈、溝口正、山梨香緒里、民秋均、栗栖源嗣、藤田祐一
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] 光合成色素合成に関わるニトロゲナーゼ類似酵素 (2014)
  • Author(s): 山本治樹
  • Organizer: 日本光合成学会若手の会 第11回セミナー
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-07
  • Invited
• [Presentation] バクテリオクロロフィル生合成系におけるニトロゲナーゼ類似酵素連続反応の再構成 (2014)
  • Author(s): 山本治樹、加藤美奈、山梨香緒里、藤田祐一
  • Organizer: 第5回日本光合成学会大会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-05-31
• [Presentation] The activity of dark-operative protochlorophyllide reductase is regulated by RNA-editing in response to the light environment in black pine Pinus thunberyii (2013)
  • Author(s): Haruki Yamamoto, Junko Kusumi, and Yuichi Fujita
  • Organizer: The 16th International Congress of Photosynyhesis
  • Place of Presentation: St Louis, USA
  • Year and Date: 2013-08-06
• [Presentation] NifM-independent assembly of the cyanobacterial Fe-protein (2013)
  • Author(s): Haruki Yamamoto and Yuichi Fujita
  • Organizer: The 18 th International Congress on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Miyazaki, Japan
• [Presentation] NifM非依存的なニトロゲナーゼ還元コンポーネントFe-proteinの機能発現 (2013)
  • Author(s): 山本治樹、藤田祐一
  • Organizer: ラン藻の分子生物学2013
  • Place of Presentation: 上総、日本
• [Remarks] 在籍研究室HP
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/crystallography/LabHP/Home.html