植物環境感覚に関わる分子の構造と機能

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
• Project/Area Number: 22120005
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 徳富 哲 大阪府立大学, 理学系研究科, 教授 (90142009)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉原 静恵 大阪府立大学, 理学系研究科, 助教 (20382236)
• Keywords: 青色光受容体 / フォトトロピン / クリプトクロム / フィトクロム / 光反応 / 分子構造 / シグナル伝達

Research Abstract

植物は光、温度、重力、水分など様々な環境要因に適切に応答して、発芽・成長し、光合成を効率よく行い、開花、結実して子孫を残す。光は、光合成を行う植物にとって環境情報の中でも特に重要である。当班では、これまでの研究成果を基に光環境感覚に関与する分子に注目し、当面青色光受容体フォトトロピン(phot)などの植物光受容体の分子構造と機能、光受容・シグナル伝達機構の解明を目指すこととし、以下の成果を上げた。
1)シロイヌナズナphotは光により活性化されるキナーゼと考えられる。photキナーゼ活姓の光制御分子機構の研究を行い、以下の成果を上げた。a)光シグナルの入り口からキナーゼ活性制御にいたる分子内光シグナル伝達に関する幾つかの新しい知見を得た。b)昨年公募研究慶應大中迫班と共同で行った最小キナーゼポリペプチド純品のX線小角散乱による解析をさらに進め、キナーゼ光活性化分子基盤に関する情報を得た。c)LOV1を含む全長photの遺伝子発現系による調製系を確立し、構造解析に用いる純品精製試料の調製を試みている。d)計画研究京大長谷班と共同でクラミドモナスphotのキナーゼ活性光制御に関する研究で新知見を得た。
2)シロイヌナズナphot2のシグナル伝達に関わる因子の研究から、新たにフィトクロムA(phyA)シグナル伝達とのクロストークに関わると考えられる因子を見つけた。
3)シロイヌナズナ・フィトクロム(phy)の分子構造と機能解析を目指してphyBのN-末端発色団ドメインの大腸菌遺伝子発現系によるホロタンパク質発現系の構築を行い、動的光散乱測定により単ピークを示す高純度試料調製に成功し、結晶化条件スクリーニングを開始した。
4)公募研究阪大の久富班と共同で、フシナシミドロ青色光受容体オーレオクロム1のCDによる分子構造研究を行い、光反応にともない二次構造が変化することを見つけた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

一部、予定していた共同研究(計画研究高橋班とのMIZ分子構造に関する研究)など実現に至らなかった部分もあるが、その他おおよそ目標を達成し、またシグナル伝達に関しては新しい発見(phot2とphyAシグナル伝達クロストークに関わると思われる因子の発見)があったことなどによる。

Strategy for Future Research Activity

今年度は特に新規の研究テーマは予定していない。昨年度成功した全長Phot試料を用いたキナーゼ活性光制御機構の研究、純品調製法の確立したシロイヌナズナphyB試料の結晶構造解析、新規に見つけられたphot2とphyAシグナル伝達クロストークに関わる因子の分子生理学的研究を中心に研究、および昨年度着手できなかった計画研究高橋班とのMIZ分子構造に関する研究の開始も計画している。

Research Products

• [Journal Article] Mutations in the N-terminal Flanking Region of the Blue-light Sensing Domain LOV2 Disrupt its Repressive Activity on the Kinase Domain in the Chlamydomonas Phototropin (2012)
  • Author(s): Aihara, Y., Yamamoto, T., Okajima, K., Yamamoto, K., Suzuki, T., Tokutomi, S., Tanaka, K., Nagatani, A.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 287 Pages: 9901-9909
  • DOI: 10.1074/jbc.M111.324723
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] LOV2-linker-kinase phosphorylates LOV1-containing N-terminal polypeptide substrate via photoreaction of LOV2 in Arabidopsis phototropin1 (2011)
  • Author(s): Okajima, K., Matsuoka, D., Tokutomi, S.
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: 585 Pages: 3391-3395
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2011.10.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light-Induced Conformational Change and Transient Dissociation Reaction of the BLUF Photoreceptor Synechocystis PixD (Slr1694) (2011)
  • Author(s): Tanaka, K., Nakasone, Y., Okajima, K., Ikeuchi, M., Tokutomi, S., Terazima, M.
  • Journal Title: J.Mol.Biol. Volume: 24 Pages: 773-785
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2011.04.032
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light-Induced movement of the LOV2 domain in an Asp720Asn mutant LOV2-Kinase fragment of Arabidopsis phototropin 2 (2011)
  • Author(s): Takayama, Y., Nakasako, M., Okajima, K., Iwata, A., Kashojiya, S., Matsui, Y., Tokutomi, S.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 50 Pages: 1174-1183
  • DOI: 10.1021/bi101689b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A way to sense light intensity : Multiple-excitation of the BLUF photore ceptor TePixD suppresses conformational change (2011)
  • Author(s): Tanaka, K., Nakasone, Y., Okajima, K., Ikeuchi, M., Tokutomi, S., Terazima, M.
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: 585 Pages: 786-790
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2011.02.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Macromolecular ding Effects on Reactions of TePixD (Tll0078) (2011)
  • Author(s): Toyooka, T., Tanaka, K., Okajima, K., Ikeuchi, M., Tokutomi, S., Terazima, M.
  • Journal Title: Photochem Photobiol. Volume: 87 Pages: 584-589
  • DOI: 10.1111/j.1751-1097.2010.00849.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light-induced structural changes of the LOV2 domains in various phototropins revealed by FTIR spectroscopy (2011)
  • Author(s): Iwata, T., Tokutomi, S., Kandori, H.
  • Journal Title: BIOPHYSICS Volume: 7 Pages: 89-98
  • DOI: 10.2142/biophysics.7.89
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Lys475 is critial for light-activation of kinase in Arabidopsis phototropin1 (2012)
  • Author(s): Kashojiya, S., Okajima, K., Tokutomi S.
  • Organizer: The 1st International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 20120319-20120321
• [Presentation] Photocycle in LOV2 is involved in the light sensitivity of kinase activity in phototropin (2012)
  • Author(s): Okajima, K., Kasyojiya, S., Tokutomi S.
  • Organizer: The 1st International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 20120319-20120321
• [Presentation] Molecular basis for the blue-shifted photoconversion of PixJ1, phytochrome-like photoreceptor in Cyanobacterium Synechocystis sp.PCG 6803, Studied by FTIR Spectroscopy (2012)
  • Author(s): Zikihara, K., Yoshihara, S., Katura, H., Kitano, T., Nagatani, A., Kohchi, T., Tokutomi, S.
  • Organizer: The 1st International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 20120319-20120321
• [Presentation] シロイヌナズナphot1 LOV2-キナーゼペプチドを用いたLOV2のN末端側領域へのアミノ酸変異導入解析 (2012)
  • Author(s): 嘉祥寺谷幸子、岡島公司、徳富哲
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20120316-20120318
• [Presentation] フォトトロピンのL0V2領域・N末端側返傍の変異によりタナーゼ活性の抑制機能が失われる (2012)
  • Author(s): 相原悠介、山本隆晴、岡島公司、山本和彦、鈴木友美、徳富哲、田中一馬、長谷あきら
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20120316-20120318
• [Presentation] Life time of a signaling state in the LOV2 is involved in light sensitivity of kinase activation in Arabidopsis phototropin (2012)
  • Author(s): Okajima, K., Kashojiya, S., Tokutomi, S.
  • Organizer: Gordon Research Conference on Photosensory Receptors & Signal Transduction
  • Place of Presentation: USA, Galveston TX
  • Year and Date: 20120122-20120127
• [Presentation] Structural fluctuation of signaling state of phototropin1-LOV2 domain studied by transient grating method and pressure perturbation calorimetry (2012)
  • Author(s): Nakasone, Y., Zikihara, K., Tokutomi, S., Terazima, M
  • Organizer: The 5th Internationial Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 20120107-20120108
• [Presentation] Influence of excitation laser power on the intermediate fluctuation of BLUF protein TePixD (2012)
  • Author(s): Kuroi, K., Tanaka, K., Kimura, Y., Okajima, K., Ikeuchi, M., Tokutomi, S
  • Organizer: The 5th International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 20120107-20120108
• [Presentation] 植物青色光受容体フォトトコピンのキナーゼ活性光制御機構 (2011)
  • Author(s): 徳富哲
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都(招待講演)
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] 植物の青色光受容体(フォトトロピン)における分子内シグナル伝達機構 (2011)
  • Author(s): 岡島公司、嘉祥寺谷幸子、徳富哲
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] 青色光受容体BLUFタンパク質TePixDの可逆的な光反応;低温分光による解析 (2011)
  • Author(s): 福島佳優、岡島公司、池内昌彦、伊藤繁
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 姫路
  • Year and Date: 20110916-20110918
• [Presentation] Signaling, mechanisms of phototropin, plant blue light receptor (2011)
  • Author(s): 岡島公司、嘉祥寺谷幸子、徳富哲
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 姫路
  • Year and Date: 20110916-20110918
• [Presentation] 機能が異なる二つのCryptochrome-DASHタンパク質における分子特性の比較 (2011)
  • Author(s): 直原一徳、深沢励央、石川智子、ボウラー クリズ、藤堂剛、徳富哲
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 姫路
  • Year and Date: 20110916-20110918
• [Presentation] 高圧下におけるフォトトロピンLOVドメインの光反応 (2011)
  • Author(s): 黒井邦巧、佐藤フランシエーレ、中曽根祐介、直原一徳、徳富哲、寺嶋正秀
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 姫路
  • Year and Date: 20110916-20110918
• [Presentation] Light regulation of phototropin kinase (2011)
  • Author(s): Okajima, K., Tokutomi, S.
  • Organizer: 第5回アジア・オセアニア光生物学会議
  • Place of Presentation: 奈良(招待講演)
  • Year and Date: 20110730-20110801
• [Presentation] How does phototropins regulate auxin distribution in phototropism? (2011)
  • Author(s): Yamamoto, K., Suzuki, T., Okajima, K., Tokutomi, S., Nagatani, A.
  • Organizer: 第5回アジア・オセアニア光生物学会議
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 20110730-20110801
• [Presentation] The lifetime of S390 in LOV2 domain regulates light sensitivity of kinase activation in Arabidopsis phototroin (2011)
  • Author(s): Kashojiya, S., Okajima, K., Tokutomi, S.
  • Organizer: 第5回アジア・オセアニア光生物学会議
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 20110730-20110801
• [Presentation] Comparison of molecular properties between two functionally distinct Cryptochrome-DASH proteins (2011)
  • Author(s): Zikihara, K., Fukazawa, R., Ishikawa, T., Bowler, C., Todo, T., Tokutomi, S.
  • Organizer: 第5回アジア・オセアニア光生物学会議
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 20110730-20110801
• [Presentation] 分子動力学シミュレーションによるフォトトロピンの光活性化機構の研究 (2011)
  • Author(s): 武田英之、直原一徳、徳富哲、櫻井実
  • Organizer: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 20110607-20110609
• [Remarks]
  • URL: http://www.b.s.oskafu-u.ac.jp/~toxan/home.html