Structural and functional analysis of novel regulatory molecules in metabolism under fluctuating light

• Project Area: New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
• Project/Area Number: 17H05732
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 松村 浩由 立命館大学, 生命科学部, 教授 (30324809)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2017: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: C4光合成 / 調節因子 / 光合成調節因子 / 構造機能解析 / プロトン駆動力制御 / C4植物 / 分子機構

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、（１）CP12-3の標的探索と相互作用解析、（２）CP12/GAPDH/PRK複合体の動的構造機能解析、（３）CP12-3/標的および関連酵素群の動的構造機能解析を行った。
（１）については、フラベリアCP12-3の発現・精製、ならびに標的候補の酵素としてMDH, NADP-ME, PRK, GAPDHの発現・精製を試みた。CP12-3, MDH, NADP-MEについては大腸菌での発現・精製系構築することができた。さらに、まだ達成できていないGAPDHの発現・精製系の構築に取り組んだ。フラベリアGAPDHの候補遺伝子5種についてそれぞれ大腸菌発現用に最適化した遺伝子を用いて発現を試みたが、凝集産物としてしか精製することができなかった。GAPDHがCP12-3と結合する可能性が示唆されたことから、GAPDHとCP12-3との共発現系を構築した。現在、他の酵素についても発現・精製系を構築中であり、これらが精製でき次第、結合実験と構造機能解析を行う予定である。
（２）については、PRKの結晶構造を決定し、それと小角X線散乱から得られた結果、および変異体実験とを合わせて論文投稿中である。さらに、高速AFM観測によるCP12/GAPDH/PRK複合体の形成を初めて確認でき、これらを詳細に解析した。
（３）については、CP12-3の標的が決定でき次第、X線構造解析を行う予定である。さらに、領域内の共同研究として、C4光合成の中心酵素であるPEPCの調節機構の解明（龍谷大学 古本先生）、葉緑体内のNAD/NADPバランスを司る酵素NADKの構造解析（埼玉大学 河合先生）、C4光合成およびコハク酸合成の鍵酵素PEPCの構造解析（明治大学 小山内先生）、低温馴化酵素RuBisCOの構造解析（東京大学 矢守先生）、大腸菌でのコハク酸合成鍵酵素PEPCの構造解析（大阪大学 清水先生、大阪大学 栗栖先生）、ジスルフィド調節タンパク質CP12の機能利用（東京工業大学 久堀先生）を進めた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Affinity Improvement of a Cancer-Targeted Antibody through Alanine-Induced Adjustment of Antigen-Antibody Interface (2019)
  • Author(s): Yamashita Takefumi、Mizohata Eiichi、Nagatoishi Satoru、Watanabe Takahiro、Nakakido Makoto、Iwanari Hiroko、Mochizuki Yasuhiro、Nakayama Taisuke、Kado Yuji、Yokota Yuki、Matsumura Hiroyoshi、Kawamura Takeshi、Kodama Tatsuhiko、Hamakubo Takao、Inoue Tsuyoshi、Fujitani Hideaki、Tsumoto Kouhei
  • Journal Title: Structure Volume: 27 Issue: 3 Pages: 519-527
  • DOI: 10.1016/j.str.2018.11.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystallization of aspirin form II by femtosecond laser irradiation (2018)
  • Author(s): Tsuri Yuka、Maruyama Mihoko、Fujimoto Riki、Okada Shino、Adachi Hiroaki、Yoshikawa Hiroshi Y.、Takano Kazufumi、Murakami Satoshi、Matsumura Hiroyoshi、Inoue Tsuyoshi、Tsukamoto Katsuo、Imanishi Masayuki、Yoshimura Masashi、Mori Yusuke
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 12 Issue: 1 Pages: 015507-015507
  • DOI: 10.7567/1882-0786/aaf419
  • NAID: 210000135542
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Growth of high-quality metastable crystal of acetaminophen using solution-mediated phase transformation at low supersaturation (2018)
  • Author(s): Fujimoto Riki、Maruyama Mihoko、Mori Yoichiro、Okada Shino、Adachi Hiroaki、Yoshikawa Hiroshi Y.、Takano Kazufumi、Murakami Satoshi、Matsumura Hiroyoshi、Inoue Tsuyoshi、Imanishi Masayuki、Tsukamoto Katsuo、Yoshimura Masashi、Mori Yusuke
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: 502 Pages: 76-82
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2018.09.012
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Atomic-Scale Imaging of Surface and Hydration Structures of Stable and Metastable Acetaminophen Crystals by Frequency Modulation Atomic Force Microscopy (2018)
  • Author(s): Kobayashi Naritaka、Maruyama Mihoko、Mori Yoichiro、Fukukita Suguru、Adachi Hiroaki、Takano Kazufumi、Murakami Satoshi、Matsumura Hiroyoshi、Inoue Tsuyoshi、Yoshimura Masashi、Nakabayashi Seiichiro、Mori Yusuke、Yoshikawa Hiroshi Y.
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 122 Issue: 38 Pages: 21983-21990
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b06928
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Initial, transient, and specific interaction between G protein-coupled receptor and target G protein in parallel signal processing (2018)
  • Author(s): Sato Takaaki, Matsukawa Mutsumi, Mizutani Yoichi, Iijima Toshio, Matsumura Hiroyoshi
  • Journal Title: Medical Research Archives Volume: 6 Pages: 1-1
• [Journal Article] Improvement of metastable crystal of acetaminophen via control of crystal growth rate (2018)
  • Author(s): Nii Kosuke、Maruyama Mihoko、Okada Shino、Adachi Hiroaki、Takano Kazufumi、Murakami Satoshi、Yoshikawa Hiroshi Y.、Matsumura Hiroyoshi、Inoue Tsuyoshi、Imanishi Masayuki、Tsukamoto Katsuo、Yoshimura Masashi、Mori Yusuke
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 11 Issue: 3 Pages: 035501-035501
  • DOI: 10.7567/apex.11.035501
  • NAID: 210000136139
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of the key interactions in structural transition pathway of FtsZ from Staphylococcus aureus (2017)
  • Author(s): J. Fujita, R. Harada, Y. Maeda, Y. Saito, E. Mizohata, T. Inoue, Y. Shigeta, H. Matsumura
  • Journal Title: J. Struct. Biol. Volume: 198 Issue: 2 Pages: 65-73
  • DOI: 10.1016/j.jsb.2017.04.008
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Two Eucommia farnesyl diphosphate synthases exhibit distinct enzymatic properties leading to end product preferences (2017)
  • Author(s): Kajiura Hiroyuki、Suzuki Nobuaki、Tokumoto Yuji、Yoshizawa Takuya、Takeno Shinya、Fujiyama Kazuhito、Kaneko Yoshinobu、Matsumura Hiroyoshi、Nakazawa Yoshihisa
  • Journal Title: Biochimie Volume: 139 Pages: 95-106
  • DOI: 10.1016/j.biochi.2017.05.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Flexibility of an Inhibitor Overcomes Drug Resistance Mutations in Staphylococcus aureus FtsZ (2017)
  • Author(s): Fujita Junso、Maeda Yoko、Mizohata Eiichi、Inoue Tsuyoshi、Kaul Malvika、Parhi Ajit K.、LaVoie Edmond J.、Pilch Daniel S.、Matsumura Hiroyoshi
  • Journal Title: ACS Chemical Biology Volume: 12 Issue: 7 Pages: 1947-1955
  • DOI: 10.1021/acschembio.7b00323
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural Basis for the Serratia marcescens Lipase Secretion System: Crystal Structures of the Membrane Fusion Protein and Nucleotide-Binding Domain (2017)
  • Author(s): Murata Daichi、Okano Hiroyuki、Angkawidjaja Clement、Akutsu Masato、Tanaka Shun-ichi、Kitahara Kenyu、Yoshizawa Takuya、Matsumura Hiroyoshi、Kado Yuji、Mizohata Eiichi、Inoue Tsuyoshi、Sano Satoshi、Koga Yuichi、Kanaya Shigenori、Takano Kazufumi
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 56 Issue: 47 Pages: 6281-6291
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.7b00985
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] The 2nd Residue of GPCR Helix 8 May Control Transient and Specific Interaction with its G Protein (2019)
  • Author(s): Takaaki Sato, Hiroyoshi Matsumura
  • Organizer: 第9回アジア・オセアニア生理学会連合大会（FAOPS2019）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Engineering by Proxy: Monobody-mediated alteration of enzyme specificity (2019)
  • Author(s): Shun-ichi Tanaka, Tetsuya Takahashi, Akiko Koide, Riki Iwamoto, Hiroyoshi Matsumura, Takuya Yoshizawa, Kazufumi Takano, Satoshi Koikeda, and Shohei Koide
  • Organizer: 農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] C4およびC3光合成調節タンパク質の動的構造機能解析 (2018)
  • Author(s): 松村浩由
  • Organizer: 新学術領域研究「新光合成」2018年度秋期領域会議
• [Presentation] 細胞分裂必須タンパク質FtsZの機能と構造の研究 (2018)
  • Author(s): 寺門榛名、吉澤拓也、田中俊一、松村浩由
  • Organizer: 2018 年度 関西四私大生命科学公開研究会
• [Presentation] Protein stability potentially governing protein evolution (2018)
  • Author(s): 倉橋亮、田中俊一、佐野智、松村浩由、高野和文
  • Organizer: Society for Molecular Biology and Evolution 2018
• [Presentation] 光量変動と代謝調節をつなぐ新規分子の定量的手法を取り入れた構造機能解析 (2018)
  • Author(s): 松村浩由
  • Organizer: 新学術領域研究「新光合成」2018年度春期領域会議
• [Presentation] Realtime observation of the assembly and disassembly processes of GAPDH-CP12-PRK complex (2018)
  • Author(s): Yoneda Y, Watanabe H, Yoshizawa T, Tanaka S-i, Uchihash T, Matsumura H
  • Organizer: 新学術領域研究「動的秩序と機能」第６回国際シンポジウム
• [Presentation] Dynamic structural analysis and drug design of S. aureus FtsZ (2018)
  • Author(s): Matsumura H, Fujita J, Miyazaki M, Terakado H, Miyamoto Y, Tanaka S-i, Yoshizawa T
  • Organizer: 新学術領域研究「動的秩序と機能」第６回国際シンポジウム
• [Presentation] カルビン回路巨大分子複合体 (PRK-GAPDH-CP12) の相互作用解析 (2017)
  • Author(s): 米田裕隆、吉澤拓也、松村浩由
  • Organizer: 新学術領域研究「新光合成」平成29年度春期領域会議
• [Presentation] ソルガムRbcSを有するイネ由来Rubiscoの結晶化と構造解析 (2017)
  • Author(s): 吉川大貴、吉澤拓也、深山浩、松村浩由
  • Organizer: 新学術領域研究「新光合成」平成29年度春期領域会議
• [Presentation] 光量変動と代謝調節をつなぐ新規分子の定量的手法を取り入れた構造機能解析 (2017)
  • Author(s): 松村浩由
  • Organizer: 新学術領域研究「新光合成」平成29年度春期領域会議
• [Presentation] 細胞分裂の階層構造ダイナミクスの解明 (2017)
  • Author(s): 藤田純三、松村 浩由
  • Organizer: 新学術領域研究「動的秩序と機能」平成29年度 全体班会議
• [Presentation] 細胞分裂タンパク質FtsZ阻害剤の新規な結合様式および重合に与える影響 (2017)
  • Author(s): 藤田純三、杉山翔吾、宮崎真秀、上田菜々望、溝端栄一、井上豪、内橋貴之、安藤敏夫、Daniel S. Pilch、松村浩由
  • Organizer: 平成29年度日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 細菌の細胞分裂タンパク質の動的秩序解析 (2017)
  • Author(s): 藤田純三、原田隆平、杉山翔吾、吉澤拓也、溝端栄一、井上豪、内橋貴之、重田育照、松村浩由
  • Organizer: 平成29年度日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 細胞分裂タンパク質の構造研究 (2017)
  • Author(s): 松村 浩由
  • Organizer: 大阪大学 蛋白質研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] 薬が効きにくくなった耐性菌MRSAに効く薬、薬の柔らかさが鍵 (2017)
  • Author(s): 松村 浩由
  • Organizer: 生物資源センターシンポジウム
• [Presentation] 細胞分裂必須タンパク質FtsZの離合集散挙動 (2017)
  • Author(s): 宮崎真秀、藤田純三、杉山翔吾、寺門榛名、吉澤拓也、田中俊一、内橋貴之、松村浩由
  • Organizer: 第4回新学術領域研究「動的秩序と機能」若手研究会
• [Presentation] 光量変動と代謝調節をつなぐ新規分子の定量的手法を取り入れた構造機能解析 (2017)
  • Author(s): 松村浩由
  • Organizer: 新学術領域研究「新光合成」平成29年度秋期領域会議