2021 Fiscal Year Research-status Report
Adaptive radiation in photosynthetic reaction center proteins of photosynthetic bacteria
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19K06858
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
永島 咲子 神奈川大学, 付置研究所, 研究員 (20637037)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 環境型 / 光合成反応中心 / シトクロム / 膜タンパク質 / 分子認識 / 電子伝達 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海水・淡水・温泉領域に広く分布するPorphyrobacter 属(Erythrobacter属へ編入) の細菌群を対象として、光合成細菌が多様な環境中に適応するために光合成器官を進化させる過程の解明を目指す。
ペリプラズム空間に面する膜タンパク質は、細胞外イオン濃度の影響を受け、ペリプラズム側表面アミノ酸に変異が蓄積されると予測し、機能構造がよく調べられている光合成膜タンパク質複合体（RC)を対象とし、立体構造に基づくアミノ酸配列の比較を行った。RCはL、Mサブユニットを基本とし、細胞質側にHサブユニット、側面を集光膜タンパク質（LH1)が取り囲む構造をしている。本研究では特に、ペリプラズム領域に露出している、RCと電子供与タンパク質とのイオン－イオン相互認識部位への細胞外塩濃度の影響に着目した。
本研究で新規に単離したOG32株は海洋性のE. sanguineus近縁の淡水性新種と推定された。ゲノム解析及びRCと電子供与タンパク質のアミノ酸構造の比較解析の結果、この２種の電子供与タンパク質は膜結合型シトクロム（シトクロムcy）と予測された。また、OG32のRCとシトクロムcyの結合領域が通常より周縁部に移動していることが示唆された。RCへシトクロムcyがアクセスするには、RCを取り囲むLH1タンパク質複合体を乗り越えなければならないため、適切な長さのリンカー領域を必要とする。遺伝子配列から予測したOG32のシトクロムcyはE. sanguineusのそれよりリンカー領域が短く、結合領域の変化との関連が考えられる。また、RC膜内領域側面の一部にも変異が蓄積されている領域が発見され、シトクロムcyの膜貫通領域あるいは未知の膜タンパク質のRCとのインタラクション領域であることが予想された。
また、RC複合体の構成の進化多様性に関する共同研究を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
系統解析の結果から予想された複合体の構造や機能を確かめるために光合成器官の単離精製や再構成実験を試みているが、OG32株の細胞あたりの光合成器官の合成量がごくわずかであり、今のところ良好な結果が得られていない。また、バイオフィルムを形成しやすく、大量培養に難航している。
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| Strategy for Future Research Activity |
系統解析、構造解析を進めると同時に、新規単離株の大量培養方法を確立させる。
光合成器官の精製からサブユニット構造の解析、電子供与タンパク質とともに再構成系での閃光照射実験による機能確認につなげる。
光合成反応中心複合体（RC）と電子供与タンパク質（シトクロム）との相互作用に加え、RCと集光膜タンパク質（LH1）との相互作用も明らかにするため、構造解析にも発展させたい。
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| Causes of Carryover |
当初、新規性の高い分離株の記載を計画しており、そのための生理生化学分析費用に多くを充てる予定だった。しかし、分析の結果から、タンパク質の分析・構造解析を進めることでより大きな成果が見込めるのではないかと考え、そのための試料準備を行っている。
次年度にサブユニット構造を分析するためのプロテオーム解析、精製タンパク質の同定、培養条件によるタンパク質やmRNAの発現量の分析を計画している。
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