青色光受容体PHOTの分子構造と光受容初期過程

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13139205
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 徳富 哲 大阪府立大学, 先端科学研究所, 助教授 (90142009)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤堂 剛 京都大学, 放射線生物研究センター, 教授 (90163948)
• Keywords: 光環境情報 / 光センシング / 光受容体 / フォトトロピン / 分子構造 / 光反応 / シグナル伝達 / プロテインキナーゼ活性

Research Abstract

フォトトロピンは植物の光屈性、葉緑体光定位運動、光による気孔開口など光合成効率の最適化に密接に関係した生理機能の制御に係わる青色光受容体である。C-末端にセリン/スレオニンキナーゼドメイン、N-末端には発現団であるFMNを1分子結合した.LOV(PASの1種)ドメインを2つもち、LOVで受容された青色光エネルギーが何らかの形でキナーゼ活性を制御し、下流へのシグナル伝達を調節すると考えられている。我々は光の入力側からフォトトロピン青色光受容機構を探るべく、その分子構造、発色団ドメインの光反応機構、発色団ドメインの光反応がどの様なメカニズムでセリン/スレオニンキナーゼ活性を調節するのかを主要な課題として研究を進めてきた。
まず、発現系によるシロイヌナズナPHOTおよびシダPHY3の全長を除く各LOV、キナーゼドメイン等のホロタンパク質試料調製システムを確立した。それらを用いて以下の初歩的結果を得た。1)LOV2ドメインの光反応初期過程の解析:極低温振動および紫外可視分光スペクトル解析により、光受容初期過程の反応様式を確定した(JACS,2002)。また、従来の光異性化型光受容体と異なりフラボタンパク質型特異的と思われる反応を見つけ、その詳細を解析中である。2)LOV2ドメインの構造変化の解析:上記研究中に結晶構造解析に基づき提案されている光反応による分子構造変化の結果と矛盾するデータを得たので、溶液中の分子構造変化を調べるべく多次元NMR測定による解析を開始した。3)分子構造解析:SPring8を共同利用してX線小角散乱の測定を行い幾つかのドメインの分子モデルを構築する一方、機能の良く解っていないLOV1ドメインがPHOT分子の2量体の結合サィトを形成している事を示唆する結果を得た。さらに各ドメィン試料の結晶化条件をスクリーニング中である。4)キナーゼ活性解析:キナーゼドメインおよびそれにLOVが付加した試料のin vitroのセリン/スレオニンキナーゼ活性assay系を作り解析を始めた。これまでにカゼインを基質とした系で、C-末端のみではキナーゼ活性が見られないのに対して、LOV2が結合すると光依存的にキナーゼ活性が発現するという興味有る結果を得、更に詳細な解析を行っている。

Research Products

• [Publications] Iwata T., Tokutomi, S., Kandori, H.: "Photoreaction of the cysteine S-H group in the LOV2 domain of Adiantum Phytochrome3"J. Amer. Chem. Soc.. vol.124. 11840-11841 (2002)