複合体結晶構造解析で明らかにする高等植物に特有な光還元力分配システムの構造基盤

• Project/Area Number: 17687008
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 栗栖 源嗣 The University of Tokyo, 大学院・総合文化研究科, 准教授 (90294131)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥30,160,000 (Direct Cost: ¥23,200,000、Indirect Cost: ¥6,960,000); Fiscal Year 2007: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2006: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2005: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
• Keywords: X線結晶解析 / 光合成電子伝達 / 分子間相互作用 / フェレドキシン / 亜硫酸還元酵素 / 硫黄代謝 / シトクロムb_6f複合体

Research Abstract

フェレドキシン(Fd)は光化学系1複合体から電子を受け取り、解離会合を繰り返しながら、炭素、窒素、硫黄の各代謝系へ光還元力を分配する電子伝達蛋白質である。改変体を用いた相互作用解析から、電子を受け取る側のFd依存性酵素は、各々Fdの異なったアミノ酸残基を認識していることが判っている。私は、電子伝達複合体の形成が光還元力の分配機構と密接に係わっていると考えており、電子伝達複合体の構造研究を進めてきた。平成18年度までにFdが係わる電子伝達複合体の2つ目の構造として、硫黄同化に働く亜硫酸還元酵素(SiR)とFdとの複合体結晶構造解析に成功した。平成19年度には、光合成電子伝達がチラコイド膜に還流する循環電子伝達の分子経路の候補である、シトクロムb_6f複合体とFdとの複合体構造解析に取り組んだ。高等植物のシトクロムb_6f複合体の精製方法は確立しているが、サブユニットの一つとして結合しているFd-NADP^+還元酵素(FNR)の結合比率が1:0.8程度と低く、Fdとの複合体状態はもとより、b_6f複合体単体の結晶化にも成功することが出来なかった。この問題を解決するには、FNR結合の構造基盤を解明し、より安定で均一なシトクロムb_6f複合体の調整法を確立する必要性が指摘された。そこで、トウモロコシの葉緑体中に存在する、膜結合型、可溶型のFNR分子種を結晶解析し、N末端20残基の構造が膜結合性と可溶性を規定している構造基盤を指摘することができた。この構造基盤をもとに、現在、シロイズナズナ(Arabidopsis thaliana)を用いて組換え体を導入し、膜結合性の構造基盤を確認中である。今後は、膜結合性の組換え体を精製中に適宜加える事で、FNRの結合比率を確保し、結晶化を試み続ける予定である。

Research Products

• [Journal Article] Crystallization and preliminary X-ray studies of ferredoxin-NAD(P)^+ reductase from Chlorobium tepidum (2008)
  • Author(s): N. Muraki, D. Seo, T. Shiba, T. Sakurai, G. Kurisu
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section F 64 Pages: 186-189
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloning and Characterization of Ferredoxin and Ferredoxin-NADP^+ Reductase from Human Malaria Parasite (2007)
  • Author(s): Y. Kimata-Ariga, G. Kurisu, M. Kusunoki, S. Aoki, D. Sato, T. Kobayashi, K. Kita, T. Horii, T. Hase
  • Journal Title: Journal of Biochemistry 141 Pages: 421-428
  • NAID: 10020100919
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atomic structure of plant glutamine synthetase : a key enzyme for plant productivity. (2006)
  • Author(s): Unno, H., Uchida, T., Sugawara, H., Kurisu, G., Sugiyama, T., Yamaya, T., Sakakibara, H., Hase, T., Kusunoki, M.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 281 Pages: 29287-29296
• [Journal Article] Transmembrane traffic in the cytochrome b_6f complex. (2006)
  • Author(s): Cramer, W.A., Zhang, H., Yan, J., Kurisu, G., Smith, J.L.
  • Journal Title: Annu.Rev.Biochem. 75 Pages: 769-790
• [Journal Article] 光合成タンパク質の形から知る植物の賢さ (2006)
  • Author(s): 栗栖源嗣
  • Journal Title: 生命誌 45-48 Pages: 84-89
• [Journal Article] A Intraprotein transfer of the quinine analogue inhibitor 2,5-dibromo-3-methyl-6-isopropyl-p-benzoquinone in the cytochrome b_6f complex (2006)
  • Author(s): J.Yan et al.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 103 Pages: 69-74
• [Journal Article] A Structural Basis of Equisetum arvense Ferredoxin Isoform II Producing an Alternative Electron Transfer with Ferredoxin-NADP^+ Reductase (2005)
  • Author(s): G.Kurisu et al.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 280 Pages: 2275-2281
• [Journal Article] Binding Sites of lipophilic quinine and quinine analogue inhibitors in the cytochrome b_6f complex of oxygenic photosynthesis (2005)
  • Author(s): W.A.Cramer et al.
  • Journal Title: Biochem.,Soc.,Trans. 33 Pages: 921-923
• [Journal Article] Structure of the cytochrome b_6f complex : new prosthetic groups, Q-space, and the 'hors d'oeuvres hypothesis for assembly of the complex (2005)
  • Author(s): W.A.Cramer et al.
  • Journal Title: Photosynthesis Res. 85 Pages: 133-144
• [Journal Article] Three Maize Leaf Ferredoxin : NADP(H) Oxidoreductases Vary in Subchloroplast Location, Expression, and Interaction with Ferredoxin (2005)
  • Author(s): S.Okutani et al.
  • Journal Title: Plant Physiol. 139 Pages: 1451-1459
• [Journal Article] 光合成における電子伝達超分子系の役割 (2005)
  • Author(s): 栗栖源嗣
  • Journal Title: 蛋白質・核酸・酵素 50 Pages: 1167-1173
• [Presentation] Structural Basis for the distinctive subchloroplast location of three maize leaf ferredoxin:NADPH oxidoreductases (2007)
  • Author(s): N. Muraki, G.T.Hanke, T.Shiba, T.Hase, G.Kurisu
  • Organizer: The 8th Conference of the Asian Crystallographic Association
  • Place of Presentation: 台湾・台北
• [Book] Primary Processes of Photosynthesis: Basic Principles and Apparatus (2007)
  • Author(s): W.A.Cramer, H.Zhang, J.Yan, G.Kurisu, E.Yamashita, N.Dashdorj, H.Kim, S.Savikhin
  • Publisher: Royal Society of London, London, UK
• [Book] 高校生のための東大授業ライブ (2007)
  • Author(s): 栗栖源嗣
  • Publisher: 東大出版会