らん藻CO_2ポンプの分子生物学的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12440228
• Research Institution: NAGOYA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 小川 晃男 名古屋大学, 生物分子応答研究センター, 教授 (80087593)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小俣 達男 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (50175270)
• Keywords: CO_2濃縮機構 / CO_2ポンプ / NADPHデヒドロゲナーゼ / HCO_3^-輸送体 / SbtA依存型 / Cmp依存型 / NdhD3依存型 / NdhD4依存型

Research Abstract

CO_2濃縮概構で最も重要なCO_2ポンプには、NdhD3/NdhD4を含むNADPHデヒドロゲナーゼが必須である事を明らかにした。NdhD3依存型CO_2ポンプはCO_2に高い親和性を示し低CO_2濃度下で誘導されるのに対し、NdhD4依存型CO_2ポンプのCO_2に対する親和性は低く、その活性は培養に用いたCO_2濃度に依存しない事が判った。これまでの研究でcmpオペロンがHCO_3^-輸送体をコードする事を明らかにした。ndhD3,ndhD4およびcmpを不活性化させた変異株は低CO_2条件下においてはpH7.0では生育しないがpH9.0では生育した。この株をさらに変異処理を行いpH9.0/空気条件下でも生育しない変異株を単離し、変異遺伝子はslr1512である事を明らかにした。この遺伝子(sbtAと命名)を破壊した変異株はほとんどHCO_3^-輸送活性をもたず、さらにcmpを不活性化する事によりHCO_3^-輸送活性は完全に無くなった。この結果、sbtAは新たなHCO_3^-輸送体をコードする事が明らかになった。また、SbtA依存型HCO_3^-輸送はNa^+を要求した。抗SbtA抗体を作製し、単離したチラコイド膜と細胞質膜についてWestern分析を行った結果、SbtAは細胞質膜に局在する事が判った。また、免疫沈降によって分子量約1万のタンパクがSbtAと共沈する事を見い出し、このタンパクのアミノ酸配列を決めた結果slr1512の下流に存在するslr1513(sbtBと命名)がコードするタンパクである事が明らかになった。

Research Products

• [Publications] Ohkawa, H., Price, G.D., Badger, M.R.Ogawa, T.: "Mutation of ndh genes leads to inhibition of CO_2 uptake rather than HCO_3^-uptake in Synechocystis sp. strain PCC6803"J. Bacteriol.. 182. 2591-2596 (2000)
• [Publications] Ohkawa, H., Pakrasi, H.B., Ogawa, T.: "Two types of functionally distinct NAD(P)H dehydrogenases in Synechocystis sp. strain PCC6803"J. Biol. Chem. 275. 31630-31634 (2000)
• [Publications] Maeda, S., Price, G.D., Badger, M.R., Enomoto, C., Omata, T.: "Bicarbonate binding activity of the CmpA protein of the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7942 involved in active transport of bicarbonate"J. Biol. Chem. 275. 20551-20555 (2001)
• [Publications] Tohernov, D., Helman, Y., Keren, N., Luz, B., Ohad, I., Reinhold, L., Ogawa, T., Kaplan, A.: "Passive entry of CO_2 and its intracellular conversion to HCO_3^-in cyanobacteria are driven by a photosystem I-generated ΔμH^+"J. Biol. Chem.. 276. 23450-23455 (2001)
• [Publications] Ohkawa, H., Sonoda, M., Shibata, M., Ogawa, T.: "Localization of NAD(P)H dehydrogenase in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803"J. Bacteriol.. 183. 4938-4939 (2001)
• [Publications] Shibata, M., Ohkawa, H., Kaneko, T., Fukuzawa, H., Tabata, S., Kaplan, A., Ogawa, T.: "Distinct constitutive and low CO_2-induced CO_2 uptake systems in cyanobacteria : Genes involved and their phylogenetic relationship with homologous genes in other organisms"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98. 11789-11794 (2001)
• [Publications] Shibata, M., Ohkawa, H., Katoh, H., Shimoyama, M., Ogawa T.: "Two CO_2 uptake systems in cyanobacteria : four systems for inorganic carbon acquisition in Synechocystis sp. strain PCC 6803"Funct. Plant Biol.. 29. 123-129 (2002)
• [Publications] Ohkawa, H., Sonoda, M., Hagino, N., Shibata, M., Pakrasi, H.B., Ogawa, T.: "Functionaly distinct NAD(P)H dehydrogenases and their membrane localization in Synechocystis sp. PCC 6803"Funct. Plant Biol.. 29. 195-200 (2002)
• [Publications] Shibata, M., Katoh, H., Sonoda, M., Ohkawa, H., Shimoyama, M., Fukuzawa, H., Kaplan, A., Ogawa, T.: "Genes essential to sodium-dependent bicarbonate transport in cyanobacteria : Function and phylogenetic analysis"J. Biol. Chem.. 277. 18658-18664 (2002)
• [Publications] Ogawa, T., Kaplan, A.: "Inorganic carbon acquisition systems in cyanobactera"Photosyn. Res.. (in press). (2003)