オルガネラゲノム核様体の構造様式：その蛋白質構成、ダイナミズムに迫る

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14J00786
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小林 優介 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: 葉緑体核様体 / ホリデイジャンクション / DNA-オリガミ技術 / 原子間力顕微鏡 / クラミドモナス / シロイヌナズナ / 相同組換え / 葉緑体DNA分配

Outline of Annual Research Achievements

葉緑体核様体の形態制御に関わる分子メカニズムに迫るべく、緑藻クラミドモナスの変異体monokaryotic chloroplast (moc) H72に注目した。mocH72は葉緑体DNAの不均等分配が頻繁に観察される（Misumi et al., Protoplasma, 1999）。申請者はmocH72の原因遺伝子MOC1を同定し、さらに陸上植物シロイヌナズナにおいても、MOC1は葉緑体に局在し、葉緑体DNAの維持や葉緑体核様体の形態制御に極めて重要であることを示した。MOC1はSWISSホモロジーモデリングによってバクテリアのRuvCタンパク質様構造を形成することが示唆された。RuvCは相同組換えの最終ステップであるホリデイジャンクション（HJ）の切断酵素であり、葉緑体において相同の活性を示す酵素はこれまで見つかっていない。申請者は、MOC1はHJに特異的に結合し、補因子としてマグネシウムイオンやマンガンイオンを要求しながら、25-35℃付近で強いエンドヌクレアーゼ活性を示すことを明らかにした。さらに、様々な構造や配列を持つ基質を作成し、シス配列や構造特異性を解析したところ、MOC1は切断活性にはシス配列として長い相同配列は必要とせず、コア配列C↓C（↓は切断サイト）を点対称に切断することを証明した。
葉緑体には約80コピーの相同DNA分子が存在しており、それらは光合成によって発生する活性酸素種などによって常に障害をうける。つまり、葉緑体では頻繁な相同組換えによって、葉緑体DNA分子同士はHJによって繋がった構造（葉緑体DNAコンカテマー）を形成すると考えられている。MOC1は葉緑体内においてHJを切断し、コンカテマーを解消することで葉緑体DNAの可動性、延いては葉緑体核様体の可動性を保証していると考えられる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Holliday-junction resolvases mediate chloroplast nucleoid segregation (2017)
  • Author(s): Kobayashi Y, Misumi O, Odahara M, Ishibashi K, Hirono M, Hidaka K, Endo M, Sugiyama H, Iwasaki H, Kuroiwa T, Shikanai T, Nishimura Y.
  • Journal Title: Science Volume: 356 Pages: 631-634
  • DOI: 10.1126/science.aan0038
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dynamic interplay between nucleoid segregation and genome integrity in Chlamydomonas chloroplasts (2016)
  • Author(s): Odahara M, Kobayashi Y (equal contribution), Shikanai T, and Nishimura Y.
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 172 Pages: 2337-2346
  • DOI: 10.1104/pp.16.01533
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 葉緑体型ホリデイジャンクション切断酵素の同定 (2017)
  • Author(s): 小林優介、三角修己、小田原真樹、廣野雅文、日高久美、遠藤政幸、杉山弘、黒岩常祥、鹿内利治、西村芳樹
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [Presentation] MOC1, a Holliday junction resolvase, is critical for chloroplast DNA segregation (2017)
  • Author(s): Kobayashi Y
  • Organizer: Bristol-Kyoto-Heidelberg workshop
  • Place of Presentation: University of Bristol
  • Year and Date: 2017-02-14 – 2017-02-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 亜硫酸還元酵素の C 末端領域は葉緑体核様体局在に重要である (2016)
  • Author(s): 小林優介、鹿内利治、西村芳樹
  • Organizer: 第80回日本植物学会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-09-16 – 2016-09-19
• [Presentation] The evolution of chloroplast nucleoids (2016)
  • Author(s): Kobayashi Y, Mari Takusagawa, Shikanai T, Nishimura Y.
  • Organizer: 17th International Conference on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas
  • Place of Presentation: Kyoto International Conference Center
  • Year and Date: 2016-06-27 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research