2017 Fiscal Year Annual Research Report
クロロフィル蛍光による細胞内代謝推定システムの構築
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16H04809
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
園池 公毅 早稲田大学, 教育・総合科学学術院, 教授 (30226716)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光合成 / 代謝 / レドックス制御 / シアノバクテリア / 電子伝達 / 光化学系 / 栄養飢餓 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、細胞内のさまざまな代謝反応の状態を、クロロフィル蛍光挙動の特定の特徴から定量的に推定するシステムを構築することを目的としている。今年度は、昨年度までの研究において、光化学系Ⅰの還元側（＝NADPH）のレドックス状態が、クロロフィル蛍光の時系列データのピーク位置に反映されることを示した結果がひと段落したので、これを論文にまとめる作業を進めるとともに、新たに、シアノバクテリアの細胞に、特定の代謝産物を添加した際に引き起こされるクロロフィル蛍光挙動の変化の解析を進めた。また、光化学系Ⅰの還元側のレドックス状態が、栄養飢餓応答に異常のある変異株において特徴的な変化を示すことが明らかとなったため、この点についての解析も進めることとした。
どちらの場合においても、遺伝子機能の欠損や、細胞外に添加された代謝産物、NADPHのレドックス状態に大きな影響を与えることが明らかとなり、少なくとも、原核光合成生物であるシアノバクテリアにおいては、光化学系Ⅰの還元側のレドックスが、細胞内の様々な反応の制御に、密接にかかわりあっていることを示唆している。原核光合成生物においては、細胞内の代謝において光合成が重要な位置を占めることは言うまでもないが、実際に、様々な代謝の反応と光合成の電子伝達の状態が密接に絡み合うことにより、全体としての代謝の制御が成り立っていることが予想される。このような代謝制御の実態の解明を今後進めていく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は、代謝産物を添加した時のシアノバクテリア細胞への影響を調べることにより、一部の代謝産物だけが特異的にシアノバクテリアの生育に影響を与え、また、細胞内のレドックス状態を変化させることを明らかにすることができた。このことは、細胞内の代謝の中で、生育あるいはクロロフィル蛍光挙動に大きく影響を与える鍵となるステップがあることを示唆しており、その作用機作を現在解析中である。ただし、代謝産物の細胞添加の研究においては、細胞内への取り込み活性の影響を常に考慮する必要があることから、慎重に研究を進めている。
これとは別に、栄養飢餓応答に異常のある変異株の解析を進めており、クロロフィル蛍光挙動の解析の結果、光化学系Ⅰの還元側のレドックス状態に影響を与えることを見出している。栄養飢餓といった一般的な環境要因によって、光合成系の特定のレドックス状態が変化することは、細胞内の代謝の調節における光合成の重要性を示しているのではないかと考え、現在研究を進めている。
研究成果の公表としては、対象を真核藻類に広げてクロロフィル蛍光挙動の解析を行った論文が昨年度末に受理されていたが（Misumi and Sonoike (2017)）、これが刊行に至っている。また、藻類のクロロフィル蛍光測定に特化したクロロフィル蛍光測定装置のWater PAMの測定方法についての解説を書くように招待され、査読を経て、現在、受理に至っており、2018年度早々の公開を予定している。ただし、研究成果の中心となる論文については年度内に発表することができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度の研究により、原核光合成生物の代謝において、光合成が重要な位置を占めることはもちろんのこと、様々な代謝の反応と光合成の電子伝達の状態が密接に絡み合うことにより、光合成が代謝の制御の鍵として働いている可能性が示されたと考える。ただし、細胞内の代謝は、極めて広範で複雑な反応であり、それを全体として眺めているだけでは、制御の解析にはつながらない可能性が高い。そのため、代謝上の特定のポイントに対して、遺伝子の変異、あるいは代謝産物の添加といった方法により、焦点を絞って摂動を与えることにより、代謝制御の実態の解明を進めていくことを考えている。
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