Elucidation of the activation mechanismof photoactivated adenylyl cyclase (PAC)

• Project/Area Number: 22570159
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Toho University (2011-2012); The Graduate University for Advanced Studies (2010)
• Principal Investigator: ISEKI Mineo 東邦大学, 薬学部, 准教授 (60414009)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2012: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2011: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2010: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 光センサー / アデニル酸シクラーゼ / cAMP / 光生物 / 光受容体 / フラビンタンパク質 / 硫黄細菌 / アデニル酸シクラ－ゼ / フラビン / ミドリムシ

Research Abstract

This research is aimed at elucidating the activation mechanism of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), thereby promoting biotechnological application of the enzyme. We demonstrated that a bacterial homolog of PAC from Beggiatoa(BsPAC) showed light dependent activity of adenylyl cyclase in E. coli. By analyzing the functions of BsPAC mutants, we identified several amino acid residues that have important roles for intramolecular signal transduction of the photoactivated enzyme

Research Products

• [Journal Article] Photomanipulation of antibiotic susceptibility and biofilm formation of <i>Escherichia coli</i> heterologously expressing photoactivated adenylyl cyclase (2012)
  • Author(s): Yasukawa, H., Konno, N., Haneda, Y., Yamamori, B., Iseki, M., Shibusawa, M., Ono, Y., Kodaira, K., Funada, H. and Watanabe, M.
  • Journal Title: The Journal of General and Applied Microbiology Volume: 58 Issue: 3 Pages: 183-190
  • DOI: 10.2323/jgam.58.183
  • NAID: 130004449335
  • ISSN: 0022-1260, 1349-8037
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural change of a cofactor binding site of flavoprotein detected by single-protein fluorescence spectroscopy at 1.5 k (2011)
  • Author(s): Fujiyoshi, S., Hirano, M., Matsushita, M., Iseki, M.and Watanabe, M.
  • Journal Title: Phys Rev Lett Volume: 106 Issue: 7 Pages: 78101-78101
  • DOI: 10.1103/physrevlett.106.078101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Blue and red light-induced germination of resting spores in the red-tide diatom Leptocylindrus danicus (2011)
  • Author(s): Shikata, T., Iseki, M., Matsunaga, S., Higashi, S., Kamei, Y. and Watanabe, M
  • Journal Title: Photochem Photobiol Volume: 87 Issue: 3 Pages: 590-597
  • DOI: 10.1111/j.1751-1097.2011.00914.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strong donation of the hydrogen bond of tyrosine during photoactivation of the BLUF domain (2011)
  • Author(s): T.Iwata, A.Watanabe, M.Iseki, M.Watanabe, H.Kandori
  • Journal Title: J.Phys.Chem.Lett. Volume: 2 Issue: 9 Pages: 1015-1019
  • DOI: 10.1021/jz2003974
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Differentiation of photocycle characteristics of flavin-binding BLUF domains of α-and β-subunits of photoactivated adenylyl cyclase of Euglena gracilis (2010)
  • Author(s): Ito, S., Murakami, A., Iseki, M., Takahashi, T., Higashi, S. and Watanabe, M
  • Journal Title: Photochem. Photobiol. Sci. Volume: 9 Issue: 10 Pages: 1327-1335
  • DOI: 10.1039/c0pp00130a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Flagellar motions in phototactic steering in a brown algal swarmer. Photochem (2010)
  • Author(s): Matsunaga, S., Uchida, H., Iseki, M., Watanabe, M. and Murakami, A.
  • Journal Title: Photobiol Volume: 86 Pages: 374-381
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vibrational microspectroscopy of single proteins. (2010)
  • Author(s): Fujiyoshi, S., Furuya, Y., Iseki, M., Watanabe, M. and Matsushita, M
  • Journal Title: J. Phys. Chem. Lett. Volume: 1 Issue: 17 Pages: 2541-2545
  • DOI: 10.1021/jz100858b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Differentiation of photocycle characteristics of flavin-binding BLUF domains of α-and β-subunits of photoactivated adenylyl cyclase of Euglena gracilis (2010)
  • Author(s): Ito, S.
  • Journal Title: Photochem.Photobiol.Sci. Volume: 9 Pages: 1327-1335
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vibrational microspectroscopy of single proteins. (2010)
  • Author(s): Fujiyoshi, S.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.Lett. Volume: 1 Pages: 2541-2545
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Flagellar motions in phototactic steering in a brown algal swarmer. (2010)
  • Author(s): Matsunaga, S.
  • Journal Title: Photochem.Photobiol. Volume: 86 Pages: 374-381
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 光センサーとしてのフラビンタンパク質: 光活性化アデニル酸シクラーゼの構造と機能を中心に (2013)
  • Author(s): 伊関峰生、松永 茂、渡辺正勝
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] BLUFドメインの光反応における水素結合環境の変化 (2012)
  • Author(s): 岩田達也、伊藤奨太、伊関峰生、渡辺正勝、神取秀樹
  • Organizer: 日本生物物理学会第50回年会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-24
• [Presentation] 精製タンパク質の構造から in situ の構造まで:電顕を使用して (2012)
  • Author(s): 宮崎直幸、伊関峰生、長谷川浩司、成田哲博、足立伸一、渡辺正勝、岩崎憲治
  • Organizer: 日本生物物理学会第50回年会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-24
• [Presentation] 温度 1.5 K の単一分子分光による可視蛍光タンパク質内のプロトン移動を伴った構造変化の観測 (2012)
  • Author(s): 藤原正規、平野充遥、渡辺正勝、伊関峰生、藤芳 暁、松下道雄
  • Organizer: 日本化学会第92 春季年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] 温度1.5Kの単一分子分光による可視蛍光タンパク質内のプロトン移動を伴った構造変化の観測 (2012)
  • Author(s): 藤原正規
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(横浜)
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] 数 K における単一タンパク質分光を用いた可視蛍光タンパク質内のプロトン移動を伴った構造変化の観測 (2011)
  • Author(s): 藤原正規、平野充遥、渡辺正勝、伊関峰生、藤芳 暁、松下道雄
  • Organizer: 第5回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 数Kにおける単一タンパク質分光を用いた可視蛍光タンパク質内のプロトン移動を伴った構造変化の観測 (2011)
  • Author(s): 藤原正規
  • Organizer: 第5回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(札幌)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] BLUF ドメインの光反応におけるグルタミンとチロシン残基の水素結合構造 (2011)
  • Author(s): 岩田達也、伊関峰生、渡辺正勝、神取秀樹
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 姫路
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] BLUFドメインの光反応におけるグルタミンとチロシン残基の水素結合構造 (2011)
  • Author(s): 岩田達也
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学(姫路)
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] 微細藻由来の光cAMP 産生酵素 PAC の導入による生物構造機能の光操作 (2011)
  • Author(s): 渡辺 正勝、伊関 峰生
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] 光活性化アデニル酸シクラーゼを用いた細胞機能操作の現状と展望 神経組織の成長・再生・移植研究会 (2011)
  • Author(s): 伊関峰生
  • Organizer: 第26回学術集会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-06-25
• [Presentation] 光活性化アデニル酸シクラーゼを用いた細胞機能操作の現状と展望 (2011)
  • Author(s): 伊関峰生
  • Organizer: 神経組織の成長・再生・移植研究会第26回学術集会
  • Place of Presentation: 東京医科大学(東京)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-25
• [Presentation] 赤外分光解析を用いた BLUF ドメインの光反応に必須のチロシン残基の構造変化の検出 (2010)
  • Author(s): 岩田達也、渡辺昭英、伊関峰生、渡辺正勝、神取秀樹
  • Organizer: 日本生物物理学会第48回年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-09-22
• [Presentation] 赤外分光解析を用いたBLUFドメインの光反応に必須のチロシン残基の髄変化の検出 (2010)
  • Author(s): 岩田達也
  • Organizer: 日本生物物理学会第48回年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-09-22
• [Presentation] タンパク質の赤外吸収の単一分子観測:色素の光熱サイクルに対する考察 (2010)
  • Author(s): 藤芳 暁・古屋 陽・伊関峰生・渡辺正勝・松下道雄
  • Organizer: 第4回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 非晶質氷切片を使用した極低温電子顕微鏡によるin vivo造解析 (2010)
  • Author(s): 宮崎直幸
  • Organizer: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Presentation] BLUFドメインの光反応における水素結合環境の変化
  • Author(s): 岩田達也
  • Organizer: 日本生物物理学会第50回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] 精製タンパク質の構造からin situの構造まで：電顕を使用して
  • Author(s): 宮崎直幸
  • Organizer: 日本生物物理学会第50回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] 光センサーとしてのフラビンタンパク質： 光活性化アデニル酸シクラーゼの構造と機能を中心に
  • Author(s): 伊関峰生
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県）