光化学系2酸素発生系PsbPタンパク質の分子進化と光合成機能における役割の解明

• Project/Area Number: 15770026
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 植物生理・分子
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 伊福 健太郎 京都大学, 生命科学研究科, 助手 (50359783)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2003: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 光合成 / 光化学系2 / 酸素発生系 / 膜表在性タンパク質 / 分子進化 / X線結晶構造解析 / PsbP

Research Abstract

1.昨年度までの解析から、PsbPのN末端10〜14残基の間に光化学系IIの活性化に重要な残基が存在すると考えられていた。そこで引続き、N末端9〜14残基を段階的に欠く組換えPsbPと、塩処理によってPsbPを取り除いた単離光化学系II標品を用いたin vitro PSII活性再構成実験による詳細な解析を行った。その結果,十分量の塩素イオン存在下において、11、13、及び、14残基目のリジン残基の欠損に伴って、活性回復能が段階的に低下することを認めた。13残基を欠損したPsbPは若干の活性回復能を示したが、14残基目のリジン残基を欠くPsbPは、光化学系IIに対する結合能を電気泳動で確認できるものの、活性回復能力を全く示さなかった。PsbPのN末端10-15残基部分は結晶構造中では決まった構造をとらない柔軟な領域である事が判明している。従って、この柔軟なN端構造内に存在する塩基性リジン残基が光化学系IIとの相互作用を介して、水分解酸素発生反応に必要なCa^<2+>の保持に重要な働きをしていることが判明した。なお、野生型PsbPと欠損型PsbPとの競合実験を行ったところ、欠損型PsbPは光化学系IIに対する親和性が大きく低下していた。シアノバクテリアにおいて原核型PsbPはN末端の修飾を介して膜脂質にアンカーされている事が推定されている。本研究の結果は、真核型PsbPにおいてもN末端部分が光化学系IIとの相互作用に重要な役割を持つことを示しており、両者においてN末端配列を介した相互作用の重要性が進化的に保存されている事が明らかとなった。
2.原核型PsbPと真核型PsbPの一構造、及び、推定される立体構造の比較解析から、N-末端側のドメインが分子進化の過程で変化し、各々の機能分化が生じた可能性が示唆された。
3.突然変異体を用いたシロイヌナズナPsbPドメインタンパク質群の機能解析において、少なくとも一部のタンパク質が光合成電子伝達に関わる事を示唆するデータを得た。

Research Products

• [Journal Article] Structure and function of the PsbP protein of photosystem II from higher plants. (2005)
  • Author(s): Kentaro Ifuku, 他
  • Journal Title: Photosynthesis Research 84 Pages: 251-255
• [Journal Article] Functional analysis of four members of the PsbP family in photosystem II in Nicotiana tabacum using differential RNA interference. (2005)
  • Author(s): Seiko Ishihara, Yumiko Yamamaoto, Kentaro Ifuku, Fumihiko Sato
  • Journal Title: Plant & Cell Physiology 46(12) Pages: 1885-1893
  • NAID: 10017071145
• [Journal Article] PsbP protein, but not PsbQ protein, is essential for the regulation and stabilization of photosystem II in higher plants. (2005)
  • Author(s): Kentaro Ifuku, 他
  • Journal Title: Plant Physiology 139(3) Pages: 1175-1184
• [Journal Article] Functional dissection of two Arabidopsis PsbO proteins : PsbO1 and PsbO2. (2005)
  • Author(s): Reiko Murakami, Kentaro Ifuku, 他
  • Journal Title: FEBS Journal 272(9) Pages: 2165-2175
• [Journal Article] Crystal structure of the PsbP protein of photosystem II from Nicotiana tabacum (2004)
  • Author(s): Kentaro Ifuku 他
  • Journal Title: EMBO Reports 5 Pages: 362-367
• [Journal Article] Elucidation of the crystal structure of the PsbP protein involved in the oxygen evolution in photosynthesis (2004)
  • Author(s): Kentaro Ifuku 他
  • Journal Title: SPring-8 Information 9 Pages: 269-274
• [Journal Article] Structure-based analysis on the PsbP protein of photosystem II from higher plants
  • Author(s): Kentaro Ifuku 他
  • Journal Title: Proceedings of 13th International Congress on Photosynthesis (In press)
• [Journal Article] Structure and function of the PsbP protein of photosystem II from higher plants
  • Author(s): Kentaro Ifuku 他
  • Journal Title: Photosynthesis Research (In press)
• [Publications] Kentaro Ifuku: "Crystallization and prellminary crystallographic studies on the extrinsic 23 kDa protein in the oxygen-evolving complex of photosystem II"Acta Crystallographica Section D. 59. 1462-1463 (2003)
• [Publications] Kentaro Ifuku: "Crystal structure of the PsbP protein of photosystem II from Nicotiana tabacum"EMBO reports. (in press). (2004)