2019 Fiscal Year Research-status Report
変異体を用いた新規合成脂質スクリーニングが解き明かす光合成膜脂質の機能
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17K19342
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
小林 康一 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40587945)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安部 真人 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (30543425)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 脂質 / シアノバクテリア / ホスファチジルグリセロール / 光合成 / 膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体膜を構成する極性脂質には数千を超える分子種が存在するが、生物がこれほどまでに多様な脂質分子を利用する意義は未だに不明である。本研究では、シアノバクテリアが外部から脂質分子を容易に取り込む性質を利用し、シアノバクテリア内で様々な機能や生理活性を発揮する脂質分子のケミカルスクリーニングを行うことで、これまで予想もされなかった脂質分子の新規機能の発見と解明を目指す。本研究では特に、光合成に必須の役割を担うホスファチジルグリセロール（PG）を解析する。
研究は2つのグループにより行っている。安部グループはリン脂質全合成法を用いたPG類の人工合成を担い、小林グループは合成されたPGを用いたシアノバクテリア内での生理活性テストを担当する。これまで、安部グループによる化学合成の結果、PGの脂肪酸の炭素鎖長を改変し、二重結合の位置や数も様々に変更した分子種を得ることができた。また、PGと性質の近いカルジオリピンにおいても、多様な分子種を合成することに成功している。小林グループが進める研究では、安部グループにより合成されたPGアナログを用いた解析を進めた。その結果、PGの脂肪酸をすべて飽和脂肪酸にすると、シアノバクテリアのPG欠損変異体でクロロフィルの分解が急速に進むことを明らかにした。一方で、野生株には飽和脂肪酸PGは影響を与えなかったことから、細胞内でのPG合成が起こらないときに外部から脂肪酸構造の異なるPGが入ってくることで、クロロフィルの分解が引き起こされるようになることが明らかとなった。クロロフィル分解とPGとの関係を調べるため、窒素欠乏下でのシアノバクテリアの生育を調べたところ、予想に反して窒素欠乏下ではクロロフィルはほとんど分解しない一方、フィコビリソームの分解にはPGが強く影響することが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
安部グループによるPGアナログの合成と小林グループによるその生理活性作用の検証により、PGの脂肪酸をすべて飽和脂肪酸にすると、シアノバクテリアPG欠損変異体でクロロフィルの分解が急速に進むことを明らかにした。一方で、野生株には飽和脂肪酸PGは影響を与えなかったことから、細胞内でのPG合成が起こらないときに外部から脂肪酸構造の異なるPGが入ってくることで、クロロフィルの分解が引き起こされることが明らかとなった。そこで、窒素欠乏によりいったんシアノバクテリアの光合成反応系を減衰させ、その後窒素添加により光合成反応系が回復するタイミングで合成PGを与えることで、合成PGの光合成反応系への取り込みを促進させる手法を考案した。窒素欠乏および復帰時のチラコイド膜脂質や光合成タンパク質、光合成色素の量の経時的な解析を行った結果、窒素欠乏後とそこからの復帰時にPGの量が他のチラコイド膜構成因子の量と共にダイナミックに変化することを突き止めた。また、窒素欠乏時にはクロロフィルはほとんど分解しないのに対し、同じく光合成色素であるフィコビリソームは激しく分解すること、窒素欠乏時のフィコビリソームの分解にPGが必要であることも明らかとなった。本結果は、窒素欠乏時のPGの減少とフィコビリソームの減少がいったいどのように並行して起こるのかについて、新たな疑問を投げかけるものとなった。これまでの研究期間において、安部グループと小林グループ双方に研究室の移動があり、脂質合成やラン藻の生育評価系の確立に遅延が生じたが、その中でもいくつかの非常に有意義な成果を挙げることができた。ただし、本年度の研究では、光化学系複合体の動態にPGが与える生理活性評価に不可欠な低温蛍光測定装置に不具合があることが判明し、予定したデータを取得できなかったため、本研究課題の事業期間延長を申請した。
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| Strategy for Future Research Activity |
安部グループは、これまでの本プロジェクトの研究において効果の見られた合成PG類縁体の量の確保に努める。
小林グループは引き続き、各種合成PG類を取り込ませたシアノバクテリアPG合成欠損株の表現型解析を進める。特に、長波長の蛍光検出が非常に弱いという低温蛍光測定装置の不具合により、フィコビリソーム、光化学系II、光化学系Iの各複合体間の動態解析が十分に行えなかったため、延長期間ではその部分の解析を重点的に行う。それにより、野生株における栄養飢餓復帰によるチラコイド膜構築過程での合成PG投与の効果の分析や、窒素欠乏時のフィコビリソームの分解へのPGの合成欠損の関与の評価、飽和脂肪酸PGがPG合成欠損変異体の光合成複合体に与える影響の解析などを行う予定である。
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| Causes of Carryover |
安部グループによるPGアナログの合成と小林グループによるその生理活性作用の検証により、細胞内でのPG合成が起こらないときに外部から脂肪酸構造の異なるPGが入ってくると、クロロフィルの分解が誘導されることを明らかにした。一方で、窒素欠乏時には内生のPG量が減るにもかかわらず、PGの存在がフィコビリソームの分解に必要であることも突き止めた。本結果は、PGの減少とフィコビリソームの減少がいったいどのように並行して起こるのかについて、新たな疑問を投げかけるものとなった。そこで、クロロフィルやフィコビリソームの働く場所である光化学系複合体の動態の理解が本プロジェクトの遂行に不可欠となったが、その解析に不可欠な低温蛍光測定装置に不具合があることが判明し、予定した研究を進めることができなかった。このような状況により研究の遅れと次年度使用額が生じたため、本年度まで研究機関を延長した。本年度は低温蛍光測定装置を新規に購入することにより上記の問題を解決し、予定していた研究の完遂を目指す。
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Research Products
(18 results)
