時計タンパク質の解離集合による時間自動補正メカニズム

• Project Area: Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
• Project/Area Number: 26102543
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 寺内 一姫 立命館大学, 生命科学部, 准教授 (70444370)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2015: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: タンパク質 / 生物時計 / シアノバクテリア

Outline of Annual Research Achievements

シアノバクテリアの生物時計は3つの時計タンパク質KaiA、KaiB、KaiCとATPによってin vitroで再構成可能である。中心振動体であるKaiCのリン酸化状態が概日周期をもって変動する。Kaiタンパク質は複合体を形成することで、KaiC上のリン酸化状態を制御していることが知られている。概日振動の過程でKaiA-KaiC、KaiB-KaiC、KaiA-KaiB-KaiCなどの複合体が周期的に形成されるが、複合体を形成するサブユニットの化学量論や四次構造には未だ不明な点が多い。そこで本研究では、リン酸化状態を模倣したKaiC変異体を用いて、KaiB-KaiC複合体の解析を試みた。化学量論的な解析により、KaiBとKaiCは6:6のモル比で複合体を形成していることが明らかになった。
一方、シアノバクテリアには、KaiCと相同性の高いタンパク質を複数保持している種が多く存在する。これまでに、これらのタンパク質の時計の関与や機能が調べられたことはほとんどない。そこで、本研究においては、Synechococcus elongatus PCC 7942由来ではないKaiタンパク質に着目した。糸状性シアノバクテリアに保持されているKaiCと相同性の高いLbKaiC2を大腸菌内で発現精製した。このタンパク質は、KaiC同様、六量体を形成し、リン酸化修飾されることがわかった。しかしながら、時計再構成条件においては概日振動は認められず、その機能の同定が次の課題として残された。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structural characterization of the circadian clock protein complex composed of KaiB and KaiC by inverse contrast matching small-angle neutron scattering (2016)
  • Author(s): M. Sugiyama, H. Yagi, K. Ishii, L. Porcar, A. Martel, K. Oyama, M. Noda, Y. Yunoki, R. Murakami, R. Inoue, N. Sato, Y. Oba, K. Terauchi, S. Uchiyama, K. Kato
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 35567-35567
  • DOI: 10.1038/srep35567
  • NAID: 120006223630
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Loss of cytochrome C_m stimulates cyanobacterial heterotrophic growth in the dark (2015)
  • Author(s): Hiraide, Y., Oshima, K., Fujisawa, T., Uesaka, K., Hirose, Y., Tsujimoto, R., Yamamoto, H., Okamoto, S., Nakamura, Y., Terauchi, K., Omata, T., Ihara, K., Hattori, M. and Fujita, Y.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 57 Issue: 2 Pages: 334-345
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu165
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Circadian clock in the nonheterocystous nitrogen fixing cyanobacterium Leptolyngbya boryana (2016)
  • Author(s): Y. Matsukami, N. Matsumoto, C. Azai, Y. Fujita, K.Terauch
  • Organizer: The 4th Asian Conference Plant-Microbe Symbiosis and Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Penang, Malaysia
  • Year and Date: 2016-10-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シアノバクテリア時計タンパク質KaiCの構造変換と六量体間でのプロトマー交換 (2016)
  • Author(s): 大山克明、浅井智広、寺内一姫
  • Organizer: 第16回 日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-06-07
• [Presentation] 生物時計再構成系を用いたシアノバクテリア生物時計の同調機構に関わるKaiC変異型の解析 (2016)
  • Author(s): 長田和樹, 梅原一馬, 寺内一姫
  • Organizer: 第7回 日本光合成学会年会
  • Place of Presentation: 東京理科大（東京都・葛飾区）
  • Year and Date: 2016-05-28
• [Presentation] Discrimination between two structural states on the cyanobacterial circadian clock protein KaiC (2015)
  • Author(s): Katsuaki Oyama, Chihiro Azai, Kazuki Terauchi
  • Organizer: The 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • Place of Presentation: Tubingen(Germany)
  • Year and Date: 2015-08-04
• [Presentation] シアノバクテリア時計タンパク質KaiC六量体の状態変化とその役割 (2015)
  • Author(s): 大山克明，浅井智広，寺内一姫
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: あわぎんホール（徳島県）
  • Year and Date: 2015-06-25
• [Presentation] シアノバクテリア生物時計再構成系におけるKaiCの二状態変化とATPase活性 (2015)
  • Author(s): 大山克明，中村香織，浅井智広，寺内一姫
  • Organizer: 第62回 日本生化学会近畿支部例会
  • Place of Presentation: 立命館大学（滋賀県）
  • Year and Date: 2015-05-16
• [Presentation] Discrimination between two structural states of the KaiC hexamer in the cyanobacterial clock protein complex (2015)
  • Author(s): Katsuaki Oyama, Chihiro Azai, Kazuki Terauchi
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • Place of Presentation: 合歓の郷（三重県）
  • Year and Date: 2015-01-11
• [Presentation] In vitro analysis of the cysteine-53 residue of KaiA in the cyanobacterial circadian clock (2015)
  • Author(s): Yoshitaro Sambayashi, Zhang Bei, Katsuaki Oyama, Kazuki Terauchi
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • Place of Presentation: 合歓の郷（三重県）
  • Year and Date: 2015-01-11
• [Presentation] In vitro analysis of the cyanobacterial circadian oscillator composed of three Kai proteins (2015)
  • Author(s): Kazuki Terauchi
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • Place of Presentation: 合歓の郷（三重県）
  • Year and Date: 2015-01-11
• [Presentation] シアノバクテリアの概日時計から学ぶ (2014)
  • Author(s): 寺内一姫
  • Organizer: 微細藻類研究会2014
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県）
  • Year and Date: 2014-12-23
  • Invited
• [Presentation] In vitro analysis of the alanine-422 residue of KaiC involved in the resetting of the cyanobacterial circadian clock. (2014)
  • Author(s): Kazuki Nagata, Kazuma Umehara, Katsuaki Oyama, Kazuki Terauchi
  • Organizer: Tenth International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments
  • Place of Presentation: 立命館大学（滋賀県）
  • Year and Date: 2014-05-31
• [Presentation] Effect of redox state of KaiA on the cyanobacterial circadian clock in vitro. (2014)
  • Author(s): Yoshitaro Sanbayahi, Zhang Bei, Katsuaki Oyama, Chihiro Azai, Kazuki Terauchi
  • Organizer: Tenth International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments
  • Place of Presentation: 立命館大学（滋賀県）
  • Year and Date: 2014-05-31
• [Presentation] シアノバクテリア生物時計再構成系におけるKaiCの周期的構造変化解析 (2014)
  • Author(s): 大山克明，張倍，三林芳太朗，浅井智広，寺内一姫
  • Organizer: 第５回日本光合成学会年会
  • Place of Presentation: 近畿大学（奈良県）
  • Year and Date: 2014-05-30