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2016 Fiscal Year Research-status Report

光合成反応中心の進化を構造から探る

Research Project

Project/Area Number 15K21122
Research InstitutionFukuoka University

Principal Investigator

武藤 梨沙  福岡大学, 理学部, 助教 (10622417)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords光合成反応中心 / X線結晶構造解析 / 電子スピン共鳴法
Outline of Annual Research Achievements

光合成反応中心(RC)は太陽光エネルギーを電気化学エネルギーに変換する膜タンパク質である。RCにはクロロフィルやキノンといった補欠分子が存在する。RCは酸素発生型(光化学系I, 光化学系II)と非酸素発生型(Type 1, Type 2)の4種類に分類することができる。緑色光合成細菌へリオバクテリアは非酸素発生型のType 1 RCをもち、その構造は唯一解明されていない。この構造を決定することは、光合成反応中心の進化を知るうえで不可欠である。本研究では、へリオバクテリア由来のRCを高分解能で結晶構造解析することを目指し、結晶化条件の最適化および回折データの処理の検討を行った。これまでに、2つの界面活性剤を用いて空間群C2およびR3の結晶を得た。この2つの結晶を分子置換法により初期位相を決定し、精密化を進めた。その結果、2つの結晶はほぼ同じヘリックス構造をとっていることが分かった。また、クロロフィルスペシャルペアやそのほかのクロロフィル、キノンの位置を決定した。C2結晶では、ダイマーの2回軸が結晶の2回軸と一致しており、ペプチド鎖だけでなく、補欠分子を含めた完全なホモダイマーであった。C2結晶とR3結晶の大きな違いは、機能未知のヘリックスが1本あるか否かであった。C2結晶では現在の解析結果では未知のヘリックスは同定できていないが、R3結晶では未知のヘリックスの電子密度が確認できた。この機能未知のヘリックスを同定するために、アミノ酸シークエンスを行った。その結果、17残基を決定することができた。現在の分解能からは、補欠分子の配向の詳細を決定することは難しい。そこで、電子スピン共鳴(ESR)法を用いて、各補欠分子の配向を決定することを試みた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

大型放射光施設Spring-8のBL44XUとBL32XUを使用し、回折データの収集を行った。界面活性剤DDMを用いた結晶の分解能向上のため、複数の回折データをマージし、現在2.8Å分解能で処理を行っている。UDMを用いた結晶は、分解能を向上させるために結晶化条件の更なる最適化を行った。また、ESRのX-bandを用いて、溶液状態のRCを測定した。還元状態にし、210 Kで光照射を行いあらかじめキノン受容体A1-を蓄積した状態で実験を行った。還元状態下でラジカル対P800+A0-のスピン分極信号の測定に成功し、解析を行っている。

Strategy for Future Research Activity

結晶構造の精密化を引き続き進めていく。W-band ESRで結晶を測定したところ、結晶がもう少し大きい方が測定しやすいことが分かった。しかし結晶が大きくなると、W-band用のキャピラリーに結晶を入れることが難しくなる。そのために、今後は、より大きな結晶を得ること、キャピラリーの改良を加えることが必要であると考えている。

Causes of Carryover

2016年度はこれまでに収集したデータをもとに解析を行った。そのため、ウェットの実験は電子スピン共鳴解析とアミノ酸シークエンスにしぼった。その結果をもとに、当初予定していた実験に加え、次年度に新たな実験を行うため、使用額の繰り越しを行った。

Expenditure Plan for Carryover Budget

消耗品:タンパク質精製の改良のため、界面活性剤、脂質、ナノディスク、緩衝剤などの試薬、およびカラムなどを購入する。界面活性剤、脂質、ナノディスクは高価なものであり、長期保存が効かないため、数回に分けて購入する必要がある。
人件費:研究を円滑に進めるために、技術補佐員を雇用する。

  • Research Products

    (10 results)

All 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Hyperfine Sublevel Correlation Spectroscopy Studies of Iron-Sulfur Cluster in Rieske Protein from Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum tepidum2017

    • Author(s)
      Nagashima H., Kishimoto H., Mutoh R., Terashima N., Oh-Oka H., Kurisu G., Mino H.
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 121 (12) Pages: 2543-2553

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b12968

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Gallium ferredoxin as a tool to study the effects of ferredoxin binding to photosystem I without ferredoxin reduction2017

    • Author(s)
      Mignée C., Mutoh R., Krieger-Liszkay A., Kurisu G., Sétif P.
    • Journal Title

      Photosynth Research

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1007/s11120-016-0332-0

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Circadian oscillations of KaiA-KaiC and KaiB-KaiC complex formations in an in vitro reconstituted KaiABC clock oscillator2016

    • Author(s)
      Murakami R., Mutoh R., Ishii K., Ishiura M.
    • Journal Title

      Genes to Cells

      Volume: 21 (8) Pages: 890-900

    • DOI

      10.1111/gtc.12392

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Calredoxin represents a novel type of calcium-dependent sensor-responder connected to redox regulation in the chloroplast2016

    • Author(s)
      Hochmal A. K., Zinzius K., Charoenwattanasatien R., Gäbelein P. Mutoh R., Tanaka H., Schulze S., Liu G., Scholz M., Nordhues A., Offenborn J. N., Petroutsos D., Finazzi G., Fufezan C., Huang K., Kurisu G., Hippler M.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 7 Pages: -

    • DOI

      10.1038/ncomms11847

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Bacterial β-Glucosidase Reveals the Structural and Functional Basis of Genetic Defects in Human Glucocerebrosidase 2 (GBA2)2016

    • Author(s)
      Charoenwattanasatien R., Pengthaisong S., Breen I., Mutoh R., Sansenya S., Hua Y., Tankrathok A., Wu L., Songsiriritthigul C., Tanaka H., Williams S. J., Davies G. J., Kurisu G., Cairns J. R.
    • Journal Title

      ACS Chemical Biology

      Volume: 11 (7) Pages: 1891-1900

    • DOI

      10.1021/acschembio.6b00192

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Heterologous expression and in vivo maturation of green algal [FeFe] hydrogenase in the strictly anaerobic photosynthetic bacterium Chlorobaculum tepidum2017

    • Author(s)
      池田 祐輔、武藤 梨沙、波佐間 雄世、大岡 宏造、栗栖 源嗣、寺内 一姫、浅井 智広
    • Organizer
      第58回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [Presentation] Analyses of transient absorption changes and low-temperature fluorescence in the photosynthetic reaction center of heliobacteria2016

    • Author(s)
      大岡 宏造、小島 理沙、浅井 智広、武藤 梨沙、栗栖 源嗣、伊藤 繁
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城)
    • Year and Date
      2016-11-25 – 2016-11-27
  • [Presentation] Chlorobaculum tepidum還元型 [2Fe-2S] Rieske clusterの磁気構造解析2016

    • Author(s)
      寺島尚貴1、長嶋宏樹、岸本拓、武藤梨沙、大岡宏造、栗栖源嗣、三野広幸
    • Organizer
      第55回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2016)
    • Place of Presentation
      大阪市立大学杉本キャンパス
    • Year and Date
      2016-11-10 – 2016-11-12
  • [Presentation] 時間分解EPRによるヘリオバクテリア反応中心での初期ラジカル対生成2016

    • Author(s)
      佃野 弘幸、武藤 梨沙、栗栖 源嗣、大岡 宏造、三野 広幸
    • Organizer
      第55回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2016)
    • Place of Presentation
      大阪市立大学杉本キャンパス
    • Year and Date
      2016-11-10 – 2016-11-12
  • [Presentation] Conformational Changes of Cyanobacterial Circadian Clock Proteins2016

    • Author(s)
      Risa Mutoh, Hiroyuki Mino, Masahiro Ishiura
    • Organizer
      The 4th Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台(兵庫)
    • Year and Date
      2016-06-19 – 2016-06-22
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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