Molecular mechanism for the repair of photosynthesis from light-induced damage

• Project/Area Number: 24570039
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: NISHIYAMA Yoshitaka 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (30281588)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): TAKAHASHI Yasuhiro 埼玉大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10154874)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2012: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 光合成 / ストレス / タンパク質合成 / 翻訳因子 / ストレス応答 / 強光ストレス / カロテノイド

Outline of Final Research Achievements

We have previously reported that reactive oxygen species (ROS) act primarily by inhibiting the repair of photosystem II (PSII) during photoinhibition; that ROS suppress the synthesis de novo of proteins that are necessary for the repair of PSII; and that translation factor EF-G is a target of ROS. In the present study, we found that another translation factor EF-Tu is also a target of ROS, being inactivated via formation of an intermolecular disulfide bond and sulfenic acid at Cys82 in the cyanobacterium Synechocystis sp PCC 6803; that expression of EF-Tu in which Cys82 had been replaced by serine rendered Synechocystis cells more resistant against photoinhibition of PSII; and that chloroplast-localized EF-G and EF-Tu from Arabidopsis thaliana are also sensitive to oxidation by ROS.

Research Products

• [Journal Article] Identification of OmpR-family response regulators interacting with thioredoxin in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • Author(s): Kadowaki, T., Nishiyama, Y., Hisabori, T. and Hihara, Y.
  • Journal Title: PLos One Volume: 10(3) Issue: 3 Pages: e0119107-e0119107
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0119107
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Zeaxanthin and echinenone protect the repair of photosystem II from inhibition by singlet oxygen in Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • Author(s): Kusama, Y., Inoue, S., Jimbo, H., Takaichi, S., Sonoike, K., Hihara, Y. and Nishiyama, Y.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 56(5) Issue: 5 Pages: 906-916
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv018
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Oxidation of translation factor EF-G transiently retards the translational elongation cycle in Escherichia coli (2015)
  • Author(s): Nagano, T., Yutthanasirikul, R., Hihara, Y., Hisabori, T., Kanamori, T., Takeuchi, N., Ueda, T. and Nishiyama, Y.
  • Journal Title: J. Biochem. Volume: - Issue: 2 Pages: 165-72
  • DOI: 10.1093/jb/mvv026
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Analysis of spontaneous suppressor mutants from the photomixotrophically-grown pmgA-disrupted mutant in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • Author(s): Nishijima, Y., Kanesaki, Y., Yoshikawa, H., Ogawa, T., Sonoike, K., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • Journal Title: Photosynth. Res. Volume: - Issue: 2-3 Pages: 465-475
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0143-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Revised scheme for the mechanism of photoinhibition and its application to enhance the abiotic stress tolerance of the photosynthetic machinery (2014)
  • Author(s): Nishiyama, Y. and Murata, N.
  • Journal Title: Appl. Microbiol. Biotechnol. Volume: 98(21) Issue: 21 Pages: 8777-8796
  • DOI: 10.1007/s00253-014-6020-0
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The effects of dark incubation on cellular metabolism of the wild type and the mutant lacking the transcriptional regulator cyAbrB2 in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2014)
  • Author(s): Hanai, M., Sato, Y., Miyagi, A., Kawai-Yamada, M., Tanaka, K., Kaneko, Y., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • Journal Title: Life Volume: 4(4) Issue: 4 Pages: 770-787
  • DOI: 10.3390/life4040770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Okuyama, H. and Nishiyama, Y. (2013) Expression of a highly active catalase VktA in the cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942 alleviates the photoinhibition of photosystem II (2013)
  • Author(s): Jimbo, H., Noda, A., Hayashi, H., Nagano, T., Yumoto, I., Orikasa, Y., Okuyama, H. and Nishiyama, Y.
  • Journal Title: Photosynth. Res. Volume: 117 Issue: 1-3 Pages: 509-515
  • DOI: 10.1007/s11120-013-9804-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of the Plastidic Phosphate Translocators in the Inducible Crassulacean Acid Metabolism Plant <i>Mesembryanthemum crystallinum</i> (2013)
  • Author(s): Kore-eda, S., Nozawa, A., Okada, Y., Takashi, K., Azad, M.A.K., Ohnishi, J., Nishiyama, Y. and Tozawa, Y.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 77 Issue: 7 Pages: 1511-1516
  • DOI: 10.1271/bbb.130174
  • NAID: 10031190461
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deletion of the transcriptional regulator cyAbrB2 deregulates primary carbon metabolism in Synechocystis sp. PCC 6803. (2013)
  • Author(s): Kaniya Y, Kizawa A, Miyagi A, Kawai-Yamada M, Uchimiya H, Kaneko Y, Nishiyama Y, Hihara Y.
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 162 Issue: 2 Pages: 1153-1163
  • DOI: 10.1104/pp.113.218784
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A change in the sensitivity of elongation factor G to oxidation protects photosystem II from photoinhibition in Synechocystis sp.PCC 6803 (2012)
  • Author(s): Ejima, K., Kawaharada, T., Inoue, S., Kojima, K., Nishiyama, Y.
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 586 Issue: 6 Pages: 778-783
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2012.01.042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparative study of the different mechanisms for zinc ion stress sensing in two cyanobacterial strains, Synechococcus sp. PCC 7942 and Synechocystis sp. PCC 6803 (2012)
  • Author(s): Morita, E.H., Kawamoto, S., Abe, S., Nishiyama, Y., Ikegami, T. and Hayashi, H.
  • Journal Title: Biophysics Volume: 8 Pages: 103-109
  • NAID: 130002061591
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elongation Factor G Is a Critical Target during Oxidative Damage to the Translation System of Escherichia coli. (2012)
  • Author(s): Nagano T, Kojima K, Hisabori T, Hayashi H, Morita EH, Kanamori T, Miyagi T, Ueda T, Nishiyama Y.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 287(34) Issue: 34 Pages: 28697-28704
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.378067
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Role of reactive oxygen species in photoinhibition of photosystem II (2015)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: The German-Japanese Binational Seminar 2015
  • Place of Presentation: かんぽの宿熱海（静岡県・熱海市）
  • Year and Date: 2015-03-22
  • Invited
• [Presentation] シアノバクテリア翻訳因子EF-Tuの酸化傷害機構とその生理学的意義 (2015)
  • Author(s): 神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都・世田谷区）
  • Year and Date: 2015-03-18
• [Presentation] シアノバクテリア光化学系IIの光防御機構における熱放散の役割 (2015)
  • Author(s): 草間友里、井上修平、神保晴彦、園池公毅、高市真一、西山佳孝
  • Organizer: 第56回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都・世田谷区）
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Presentation] タンパク質合成系の改変による光合成の強光ストレス耐性の向上 (2015)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 新学術“植物環境突破力”平成26年度領域会議
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都・文京区）
  • Year and Date: 2015-03-12
  • Invited
• [Presentation] 光合成生物におけるタンパク質合成系のレドックス制御 (2015)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 物質・デバイス領域共同研究拠点特定研究課題第2回ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京工業大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2015-03-06
  • Invited
• [Presentation] Redox regulation of protein synthesis in photosynthetic organisms (2015)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: Tokyo Tech-HHH Dusseldorf Joint Symposium
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都・港区）
  • Year and Date: 2015-03-04
  • Invited
• [Presentation] The redox regulation of elongation factor EF-Tu in photoinhibition of photosystem II in Synechocystis sp. PCC 6803. (2015)
  • Author(s): Jimbo, H., Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Nishiyama, Y.
  • Organizer: Tokyo Tech-HHH Dusseldorf Joint Symposium
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都・港区）
  • Year and Date: 2015-03-04
• [Presentation] Roles of carotenoids in the protection of photosystem II from photoinhibition (2014)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: Japan-Finland Binational Seminar 2014
  • Place of Presentation: 定山渓ホテル（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2014-10-10
  • Invited
• [Presentation] 光化学系IIの光阻害に対する高温ストレスの影響 (2014)
  • Author(s): 西山佳孝、上野護、草間友里
  • Organizer: 第78回日本植物学会年会
  • Place of Presentation: 明治大学（神奈川県・川崎市）
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] リボソームのレドックス制御 (2014)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 第13回微生物研究会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都・世田谷区）
  • Year and Date: 2014-07-26
  • Invited
• [Presentation] 光合成生物におけるタンパク質合成系のレドックス制御 (2014)
  • Author(s): 西山佳孝、Rayakorn Yutthanasirikul、神保晴彦、永野孝典
  • Organizer: 物質・デバイス領域共同研究拠点「生体機能物質の機能および制御の解析とバイオデバイスへの応用」第１回ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京工業大学（横浜）
• [Presentation] 大腸菌翻訳因EF-Gの酸化傷害とレドックス制御 (2014)
  • Author(s): 永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: 物質・デバイス領域共同研究拠点「生体機能物質の機能および制御の解析とバイオデバイスへの応用」第１回ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京工業大学（横浜）
• [Presentation] シアノバクテリア翻訳因子EF-Tuの酸化傷害と光化学系IIの強光応答 (2014)
  • Author(s): 神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] Redox regulation of the translation factor EF-Tu in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2014)
  • Author(s): Rayakorn Yutthanasirikul, Takanori Nagano, Takashi Kanamori, Takuya Ueda, Takamitsu Haruyama, Hiroki Konno, Keisuke, Yoshida, Toru Hisabori, and Yoshitaka Nishiyama
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] シアノバクテリアの光阻害防御機構における熱放散の役割 (2014)
  • Author(s): 草間友里、井上修平、園池公毅、高市真一、西山佳孝
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] 葉緑体翻訳因子EF-GおよびEF-Tuの酸化ストレス応答性 (2014)
  • Author(s): 米山拓、大窪孝幸、永野孝典、金森崇、上田卓也、久堀徹、西山佳孝
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] 赤潮藻類における光化学系IIの光阻害に対する温度の影響 (2014)
  • Author(s): 桑原悠輔、濱口卓也、紫加田知幸、西山佳孝
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山）
• [Presentation] Action of reactive oxygen species in photoinhibition of photosystem II (2014)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: Department Seminar, University of California, Berkeley
  • Place of Presentation: Berkeley, USA
  • Invited
• [Presentation] Oxidative damage to protein synthesis during photoinhibition of photosystem II (2013)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: RSB Seminar, The Australian National University
  • Place of Presentation: Canberra, Australia
  • Invited
• [Presentation] シアノバクテリア光化学系IIの光防御機構におけるカロテノイドの役割 (2013)
  • Author(s): 草間友里、井上修平、園池公毅、高市真一、西山佳孝
  • Organizer: 第4回日本光合成学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋）
• [Presentation] シアノバクテリア光化学系IIの強光応答における翻訳因子EF-Tu改変の影響 (2013)
  • Author(s): 神保晴彦、Yutthanasirikul, R.、永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: 第4回日本光合成学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋）
• [Presentation] Effects of oxidative damage to the translation factor EF-Tu on photoinhibition of photosystem II in cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • Author(s): Jimbo, H., Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Nishiyama, Y.
  • Organizer: 6th International Congress on Photosynthesis Research
  • Place of Presentation: Saint Louis, USA
• [Presentation] 大腸菌翻訳因子EF-Gの酸化傷害とレドックス制御の分子機構 (2013)
  • Author(s): 永野孝典、Yutthanasirikul, R.、久堀徹、金森崇、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • Organizer: 第86回日本生化学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜）
• [Presentation] Molecular mechanism of oxidative damage to the translation factor EF-Tu from the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • Author(s): Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T., Nishiyama, Y.
  • Organizer: 第86回日本生化学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜）
• [Presentation] 大腸菌翻訳系におけるEF-Gの酸化傷害とレドックス制御 (2013)
  • Author(s): 永野孝典、Rayakorn Yutthanasirikul、久堀徹、金森崇、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • Organizer: 第8回無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: 新潟大学（新潟）
• [Presentation] 光合成の強光ストレス耐性の向上 (2013)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 第1回SUPER FORUMシンポジウム
  • Place of Presentation: 埼玉大学（さいたま）
  • Invited
• [Presentation] Oxidative damage to translation factor EF-Tu and its redox regulation in Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • Author(s): Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T., Nishiyama, Y.
  • Organizer: かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
  • Place of Presentation: かずさDNA研究所（木更津）
• [Presentation] 翻訳因子EF-Tuの改変が光化学系IIの光阻害に及ぼす効果 (2013)
  • Author(s): 神保晴彦、Yutthanasirikul, R.、永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
  • Place of Presentation: かずさDNA研究所（木更津）
• [Presentation] 光化学系IIの光防御機構におけるカロテノイドの作用 (2013)
  • Author(s): 草間友里、井上修平、園池公毅、高市真一、西山佳孝
  • Organizer: かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
  • Place of Presentation: かずさDNA研究所（木更津）
• [Presentation] 大腸菌翻訳系におけるEF-Gの酸化傷害とレドックス制御の分子機構 (2013)
  • Author(s): 永野孝典、Rayakorn Yutthanasirikul、久堀徹、金森崇、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸）
• [Presentation] 光合成微生物におけるタンパク質合成系のレドックス制御 (2013)
  • Author(s): 西山佳孝
  • Organizer: 物質・デバイス領域共同研究拠点 特定研究課題(B-3)「生体機能物質の機能解析と光制御」第2回ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Invited
• [Presentation] Separation of Photodamage from Repair Reveals New Aspects of the Mechanism of Photoinhibition (2013)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Invited
• [Presentation] Response of Elongation Factor Tu to Oxidative Stress in the Translation System of the Cyanaobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • Author(s): Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T. and Nishiyama, Y.
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Presentation] 光化学系IIの強光ストレス応答における翻訳因子EF-Tuの役割 (2013)
  • Author(s): 神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、永野孝典、西山佳孝
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Presentation] 光化学系IIの光阻害におけるカロテノイドの保護作用 (2013)
  • Author(s): 草間友里、井上修平、高市真一、西山佳孝
  • Organizer: 第54回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Presentation] Protein synthesis is a primary target of reactive oxygen species during oxidative stress to photosynthesis (2012)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: Japanese-Finnish Seminar
  • Place of Presentation: Naantali, Finland
  • Invited
• [Presentation] Oxidative stress to photosynthesis: protein synthesis is a critical target of reactive oxygen species (2012)
  • Author(s): Nishiyama, Y.
  • Organizer: Colloquium, le Commissariat &#225; l’&#201;nergie Atomique et aux &#201;nergies Alternatives (CEA)-Grenoble
  • Place of Presentation: Grenoble, France
  • Invited
• [Presentation] 光合成微生物シアノバクテリアにおけるタンパク質合成系の酸化傷害とレドックス制御 (2012)
  • Author(s): 西山佳孝、永野孝典、 小島幸治、久堀徹、林秀則、金森崇、宮城智子、上田卓也、戸澤譲、林秀則
  • Organizer: 第７回無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
• [Presentation] 大腸菌翻訳因子EF-Gのレドックス状態を介した翻訳制御機構 (2012)
  • Author(s): 永野孝典、小島幸治、久堀徹、林秀則、金森崇、宮城智子、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • Organizer: 第７回無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
• [Presentation] 大腸菌翻訳因子EF-Gの酸化傷害と翻訳のレドックス制御 (2012)
  • Author(s): 永野孝典、小島幸治、久堀徹、林秀則、金森崇、宮城智子、竹内（富田）野乃、上田卓也、西山佳孝
  • Organizer: 第85回日本生化学会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡
• [Remarks] 環境応答研究室
  • URL: http://www.molbiol.saitama-u.ac.jp/nishiyama/kankyo/Top.html
• [Remarks] 環境応答研究室
  • URL: http://www.molbiol.saitama-u.ac.jp/nishiyama/kankyo/Top.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 赤潮原因ラフィド藻類の光逃避行動を誘導する方法 (2014)
  • Inventor(s): 紫加田知幸、鬼塚剛、松永茂、西山佳孝、宮村和良
  • Industrial Property Rights Holder: 紫加田知幸、鬼塚剛、松永茂、西山佳孝、宮村和良
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-12-26