2020 Fiscal Year Research-status Report
好熱性シアノバクテリア由来光合成超複合体の機能・構造解明
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20K06528
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
川上 恵典 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 研究員 (40619904)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長尾 遼 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任講師 (30633961)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 構造生物化学 / 光合成 / 光エネルギー / 電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球上に生息する植物や藻類は、太陽の光エネルギーを吸収して光合成を行っている。フィコビリソーム（Phycobilisome, PBS）は、巨大な水溶性の光捕集蛋白質複合体であり、吸収した光エネルギーを光化学系蛋白質群（光化学系I, 光化学系II）に伝達する。PBSから光化学系蛋白質群へのエネルギー伝達の仕組みは未だ詳細に解明されておらず、PBSの立体構造を明らかにすることは、藻類の光捕集・エネルギー伝達の仕組みを理解する上で極めて重要である。本研究は、PBSの立体構造を最新のクライオ電子顕微鏡測定・解析技術を駆使して解析し、PBSの光捕集・伝達システムを解明することを目的としている。２０２０年度は、好熱性シアノバクテリア由来PBSの全体構造を負染色構造解析によって明らかにし、その研究成果を国際雑誌『Biochimica et Biophysica Acta-Bioenergetics』に投稿、現在minor revisionで対応中である。また、共同研究者と共に分光学的解析によってPBSの光エネルギー伝達の仕組みを明らかにし、その研究成果を国際雑誌Photosynthesis Researchに投稿・受理された（現在proofの段階である）。そして、PBSのクライオ電子顕微鏡測定・解析に着手し、PBSの全体構造とアンテナの一部であるフィコシアニンロッドをそれぞれ3.7 Aと4.2 A分解能で解析、PBS内部とアンテナの相互作用を明らかにした。現在は、得られたPBSのクライオ構造データをまとめており、国際雑誌に投稿する準備を進めている。また、別の藻類であるアカリオクロリスの光捕集システムを明らかにするため、共同研究者と共にアカリオクロリス由来光化学系Iのクライオ電子顕微鏡解析を行い、その研究成果がNature Communicationsに受理された。
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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
２０２０年度は、好熱性シアノバクテリア由来PBSの立体構造解析及び分光学的解析をまとめ、得られた成果を国際雑誌に投稿した。そして、PBSのクライオ電子顕微鏡構造解析により、PBSの内部構造を明らかにすることができた。さらに、藻類の光捕集システムの詳細を明らかにするため、共同研究者と共にクロロフィルdをもつアカリオクロリス由来PSIのクライオ電子顕微鏡解析を2.5 A分解能で行い、クロロフィルdを用いた光捕集・電子伝達システムを解明した（Hamaguchi and Kawakami et al., Nature Communications, 2021)。
本研究は着々と進んでおり、得られた成果を国際雑誌に報告していることから、本研究課題は順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として、クライオ電子顕微鏡測定・解析で得られたデータをまとめ、その研究成果を国際雑誌に投稿する。そして、藻類の光捕集システムの解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
２０２０年度は所属研究機関が変更となったため、異動先の研究期間で本研究を行えれる環境をまずは構築すり必要性が生じた。そして、COVID-19の影響のため出張（学会発表や研究打ち合わせ）が行えなくなり、これらの理由から次年度使用額が生じた。
今後の使用計画として、現在の所属機関には光合成試料を詳細に分析する分光装置がない。このため本研究課題を遂行する上で必要な実験機材（PBSの分光解析に用いる機材）を導入していく。
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Research Products
(6 results)
