2018 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system |
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| Project/Area Number |
16H06560
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
栗栖 源嗣 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (90294131)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斉藤 圭亮 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (20514516)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 光合成 / 構造生物学 / 生体エネルギー変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
理論解析において、PSIIの研究で最も重要とみなされているMnCa錯体における水分解・酸素発生の機構について、新たな知見を得ることに成功した。各班による変異体実験と連携した理論研究についても、複数の課題に積極的に取り組んでおり着実に結果が得られている。PSIからの還元力供給口であるフェレドキシン(Fd)との複合体形成にも着目し、好熱性シアノバクテリアのPSI-Fd複合体の構造解析にも成功した。さらに循環型電子伝達を駆動するNDH1L（NDH様複合体I）の立体構造をクライオ電子顕微鏡で解析し、X線結晶解析とNMR分光法を併用してNDH1LのFd依存性を構造生物学的に検証した。
領域内連携の観点では、鹿内班と連携して、Cyt b6f複合体からのプロトン排出の鍵を握るPetCタンパク質の組換え体を調製し、Ｘ線結晶構造を決定することができた。経費を次年度に繰り越すことによりCyt b6f複合体全体の構造解析にも道筋をつけることができた。本研究課題の基礎中の基礎である物質のpKa計算手法も確立し、光合成において重要な役割を担っているキノン分子のpKaを算出することで、その有用性を示すことができた。久堀班で進められている酸化還元状態をモニターする新規蛍光タンパク質（Oba-Q、Re-Q）の構造研究を進め、特徴的な蛍光特性を示す構造基盤の解明を進めた。公募班員である大岡班との共同研究では、PSIと同じタイプ１型反応中心(RC)であるヘリオバクテリアRCの結晶解析に取り組み、PSIとは異なりキノンが脱着する新しい電子伝達メカニズムの解明を進めることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光合成機能再最適化の鍵を握る「プロトン駆動力の制御」、「強い還元力を漏らさず伝える高効率電子伝達」、そして「レドックス制御」に着目して研究を進め、各班との共同研究も積極的に進めた。その過程で少なからず問題点が発生したが、様々な努力により概ね問題点は解決される方向であり、現在までの研究は順調に推移していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、精密な分子構造を記述するＸ線構造解析の高分解能化と、構造情報に基づいた理論化学計算を併用することにより、各光合成分子装置のボトルネックを規定している構造要因を検証することを目指している。今後も、これまで通りアンテナ系を含めた光化学系II、還元力供給系への分配調節も含めた光化学系I、そしてシトクロムb6f複合体を中心に構造研究を進める。さらに各班から報告される変異体の機能解析と密接に連携することをめざし、次の２つの課題について理論・実験を併用した構造解析を行う。
１．各光合成分子装置のin silico構造解析
光化学系IIについてはアンテナ系も含んだ制御機構を中心に、光化学系Iについてはキノンを含む還元力供給系の分配調節を中心に、そしてシトクロムb6f複合体についてはプロトン濃度センサー機構を中心に、引き続き反応の律速となっている構造要因を解析する。
２．X線構造解析やNMRによる相互作用解析
細胞内酸化還元状態をモニターするツールとして開発中の蛍光タンパク質の構造解析（久堀班との共同研究）を完了する。TrxとFTRの複合体構造解析を進めて、FTRによるTrxの個別的な分子認識機構の構造基盤解明を進める。Cyt b6f複合体の高分解能での全体構造決定のため、好熱性紅藻由来Cyt b6f複合体の結晶化と構造解析を進める。公募班員である大岡班との共同研究では、PSIと同じタイプ１型の反応中心(RC)であるヘリオバクテリアRCの結晶解析に取り組み、PSIとは異なりキノンが脱着する新しい電子伝達メカニズムの解明を進める。
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