植物運動制御を担うLOVタンパク質の分子構造とシグナル伝達の初期過程

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17084008
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 徳富 哲 Osaka Prefecture University, 理学系研究科, 教授 (90142009)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉原 静恵 , 理学系研究科, 助教 (20382236)
• Keywords: 植物 / 青色光受容 / フラビンタンパク質 / 光反応 / シグナル伝達 / LOVドメイン / フォトトロピン

Research Abstract

フォトトロピン(phot)は、光屈性、葉緑体光定位運動、気孔開口光制御など光合成活性の効率化を担う青色光受容体で、phot1とphot2という二つのホモログが存在して光強度に依存して機能分担している。phot分子はN-末端側にLOVと呼ばれる光受容ドメインを二つ、C-末端側にセリン/スレオニンキナーゼドメインを持ち、光により制御されるタンパク質キナーゼとして機能すると考えられる。これまでの研究によりLOV2がキナーゼ活性部位に光可逆的に結合して活性制御の光分子スイッチとして機能すること、その際の結合部位がLOV2ドメインのヘリカルコネクター部分の可能性が高いこと、LOV1は光感度調節に関与することなどを明らかにし、昨年度は、シロイヌナズナのphot1とphot2の4種類のLOVドメインのオリゴマー構造を決め、LOV1に関しては世界初のダイマー結晶構造を発表した。本年度はLOV2によるキナーゼ活性光制御機構をさらに詳細に解明するために、光活性制御機能を持つ最小単位であるLOV2-リンカー-キナーゼよりなるポリペプチドの純品調製系、および同ポリペプチドプチの基質としてphot分子自身の自己リン酸化サイトを含むN-末端ポリペプチドを用いたキナーゼ活性アッセイ系を確立した。これを用いた研究により、1)光によりリンカー部分のJα-ヘリックス部分に構造変化が生じこれがキナーゼ活性光制御に関与すること、2)光によるキナーゼの活性化と、LOVドメインのFMN光反応サイクル中のシステイン-フラビン付加中間体であるS390の寿命との間に正の相関が有りS390中間体がキナーゼ活性化中間体であること、3)これらがphot1とphot2の機能分担、低光強度から中強光域の光センサー、高強度光センサー、に関与することを示した。

Research Products

• [Journal Article] Different role of the Jalpha helix in the light-induced activation of the LOV2 domains in various phototropins. (2009)
  • Author(s): Koyama T, Iwata T, Yamamoto A, Sato Y, Matsuoka D, Tokutomi S, Kandori H.
  • Journal Title: Biochemistry. 48 Pages: 7621-7618
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oligomeric State-Dependent Conformational Change of the BLUF Protein TePixD (T110078) (2009)
  • Author(s): Tanaka, K., Nakasone, Y., Okajima, K., Ikeuchi, M., Tokutomi, S., Terazima, M.
  • Journal Title: J.Mol.Biol. 386 Pages: 1290-1230
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light Signal Transduction Pathway from the Flavin Chromophore to the Jα helix of Arabidpsis Phototropin1. (2009)
  • Author(s): Yamamoto, A., Iwata, T., Yoshiaki Sato, S., Matsuoka., D.Tokutomi, S., Kandori. H.
  • Journal Title: Biophys.J. 96 Pages: 2771-2778
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vibrational Assignment of the Flavin-Cysteinyl Adduct in a Signaling State of the LOV Domain in FKF1. (2009)
  • Author(s): Kikuchi, S., Unno, M., Zikihara, K., Tokutomi, S., Yamauchi, S.
  • Journal Title: J.Phys.Chem. 113 Pages: 2913-2921
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-Resolved FT-IR Study on Photoadduct Formation and Secondary Structural Changes within the Phototropin LOV Domain. (2009)
  • Author(s): Pfeifer, A., Majerus, T., Zikihara, K., Matsuoka, D., Tokutomi, S., Heberle, J., Kottke, T.
  • Journal Title: Biophys J 96 Pages: 1462-1470
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oligomeric structure of LOV domains in Arabidopsis phototropin. (2009)
  • Author(s): Katsura, H., Zikihara, K.., Okajima, K.., Yoshihara, S., Tokutomi, S.
  • Journal Title: FEBS Lett. 583 Pages: 526-530
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Molecular Basis for Light Regulation of Phototropin Kinase (2010)
  • Author(s): Tokutomi, S., Okajima, K., Zikihara, K., Yoshihara, S.
  • Organizer: BIT's 3^<rd> Annual Protein & Peptide Conference
  • Place of Presentation: 北京
  • Year and Date: 20100321-20100323
• [Presentation] シロイヌナズナphot2LOV2のR513K変異は葉緑体光定位運動の光感受性を低下させる (2010)
  • Author(s): 福岡翠、岡島公司、桂ひとみ、徳富哲
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] R513K変異導入シロイヌナズナphot1LOV-2キナーゼペプチドの光反応とキナーゼ活性 (2010)
  • Author(s): 嘉祥寺谷幸子、岡島公司、徳富哲
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] シロイヌナズナFKF1タンパクLOVドメインの低温光反応で形成されるアニオンラジカルのEPR測定 (2010)
  • Author(s): 直原一徳、Till Biskup、Robert Bittl、徳富哲
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] 青色光受容体Photによる低分子量Gタンパク質ARF1の制御 (2010)
  • Author(s): 鈴木友美、岡島公司、徳富哲、長谷あきら
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] Molecular basis for regulation of phototropin kinase by blue light (2009)
  • Author(s): Tokutomi, S.
  • Organizer: Memorial Symposium for the 24^<th> International Prize for Biology, Celebrating Dr.Winslow R. Briggs "Biology of Sensing"
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20091202-20091203
• [Presentation] Involvement of Arg427 in the light-signal transduction of Arabidopsis phototropin2, a blue-light photoreceptor (2009)
  • Author(s): Zikihara, K., Katsura, H., Oyamatsu, S., Sakurai, M., Tokutomi, S.
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] フラビン型青色光受容体の多様な光反応と機能 (2009)
  • Author(s): 徳富哲
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] Blue light signaling through phosphorylation in flavin photoreceptor (2009)
  • Author(s): 岡島公司
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] Temperature-dependent reaction efficiency of phototropin and possible function of temperature sensor (2009)
  • Author(s): Nakasone, Y., Zikihara, K., Matsuoka, D., Tokutomi, S., Suzuki, T., Nagatani, A., Terazima, M.
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] The effect of macromolecular crowding on photoreaction of a blue light sensor protein ; phototropin (2009)
  • Author(s): Toyooka, T., Nakasone, Y., Zikihara, K., Tokutomi, S., Terazima, M.
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] Pressure effects on reaction dynamics of a photosensor protein TePixD (2009)
  • Author(s): Kuroi.K., Tanaka, K., Nakasone, Y, Okajima, K., Ikeuchi, M., Tokutomi, S., Terazima, M.
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] Study on light-induced conformational change and intermolecular interaction change of a blue light sensor protein PixD (2009)
  • Author(s): Tanaka, K., Nakasone, Y., Okajima K., Ikeuchi, M., Tokutomi, S., Terazima.M.
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] Photoreaction pathway in zebrafish Cryptochrome-DASH determined by low temperature spectroscopy (2009)
  • Author(s): Fukazawa, R., Zikihara, K., Iahikawa, T., Todo, T., Tokutomi, S.
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] Molecular dynamics simulation for LOV2-Ser/Thr kinase docking models in the dark and light states (2009)
  • Author(s): Takeda, H., Nakano, K., Zikihara, K., Tokutomi, S., Sakurai, M.
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] シロイヌナズナ青色光受容体phot1における光依存的リン酸化活性制御の分子基盤 (2009)
  • Author(s): 岡島公司、嶋田崇、嘉祥寺谷幸子、松岡大介、徳富哲
  • Organizer: 日本植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形
  • Year and Date: 20090918-20090920
• [Presentation] ゼブラフィッシュクリプトクロム-DASHの光還元過程で生じる2つのラジカル状態のEPR、ENDORによる測定 (2009)
  • Author(s): 直原一徳、Till Biskup、深沢励央、石川智子、藤堂剛、Robert Bittle、徳富哲
  • Organizer: 第15回日本光生物学協会年会
  • Place of Presentation: 愛知
  • Year and Date: 20090819-20090820
• [Presentation] 植物光センサー研究のフロンティア、青色光センシングを中心に (2009)
  • Author(s): 徳富哲
  • Organizer: 第15回日本光生物学協会年会
  • Place of Presentation: 愛知
  • Year and Date: 20090819-20090820
• [Presentation] ゼブラフィッシュクリプトクロム-DASHにおける、FAD光反応スキームの低温紫外可視分光法を用いた解析 (2009)
  • Author(s): 深沢励央、直原一徳、石川智子、藤堂剛、徳富哲
  • Organizer: 第15回日本光生物学協会年会
  • Place of Presentation: 愛知
  • Year and Date: 20090819-20090820
• [Presentation] 青色光・緑色光によって可逆的光変換するフィトクロム様光受容体の光反応初期過程 (2009)
  • Author(s): 吉原静恵、市川聖悟、直原一徳、徳富哲
  • Organizer: 第15回日本光生物学協会年会
  • Place of Presentation: 愛知
  • Year and Date: 20090819-20090820
• [Presentation] Photoreaction of a Blue/Green Reversible Phytochrome-Like Photoreceptor Studied By Low-Temperature Spectroscopy (2009)
  • Author(s): Tokutomi.S
  • Organizer: International Conference on Tetrapyrrole Photorec eptors of Photosynthetic Organisms(ICTPPO)
  • Place of Presentation: USA, California
  • Year and Date: 20090726-20090731
• [Presentation] Regulation of phototropin kinase by blue light (2009)
  • Author(s): Tokutomi.S
  • Organizer: 15^<th> International Congress on Photobiology-ICP2009
  • Place of Presentation: Germany, Dusseldorf
  • Year and Date: 20090618-20090623
• [Remarks]
  • URL: http://www.b.s.osakafu-u.ac.jp/~toxan/home.html