2021 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 | 光合成 / 光捕集 / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球上に生息する好気性生物は、植物や藻類が形成した酸素分子（O2）を呼吸によって消費することで生命活動を維持している。植物・藻類の光合成の初期反応において、太陽の光エネルギーは集光性アンテナタンパク質（LHC）を用いて吸収された後、水分子を分解して酸素と電子、そしてプロトンを放出する。
フィコビリソーム（PBS）は藻類がもつ巨大な光捕集アンテナ蛋白質であり、吸収した光エネルギーを光化学系蛋白質（光化学系IとII）に伝達する。本研究では、好熱性ラン藻由来PBSの立体構造とその内部のエネルギー伝達様式を明らかにするため、PBSの中心部位（PBS core）とアンテナ部位に相当するフィコシアニンロッド（PC rod）の構造解析を行った。
クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析により、PBS coreとPC rodの構造をそれぞれ3.7 Åと4.2 Å分解能で解析した。好熱性ラン藻のPBSの形状は「扇型」で、PBS coreはアロフィコシアニン蛋白質群（ApcA, ApcB, ApcC, ApcD, ApcE, ApcF）で構成されていた。ApcEはリンカー蛋白質と呼ばれるサブユニットの１つであり、ApcEは光化学系蛋白質にエネルギー伝達を行う重要なサブユニットである。好熱性ラン藻のApcEには、紅藻PBS coreには存在しないAPC複合体（Cシリンダー）と相互作用するためのドメイン（Rep 4)が存在し、それらの相互作用を明らかにできた。さらにApcE内にある発色団フィコシアノビリンは、Trp残基とπ-π相互作用を形成し、ApcF内の発色団と近接していることからこの２つの発色団は励起子カップリングを形成することが示唆された。これら発色団とその周辺構造の特徴が、光エネルギーがPBS coreから光化学系蛋白質へと伝達する重要な因子であることは本研究で明らかとなった。
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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
好熱性ラン藻（Thermosynechococcus vulcanus)由来PBS coreとPC rodの立体構造を解析し、その研究成果を現在論文投稿・リバイス対応中である（Kawakami et al., bioRxiv, 2021. doi: 10.1101/2021.11.07.467602)。さらに、PBSとPSIIが相互作用した超複合体PBS-PSIIの純度・均一性を負染色２次元解析によって評価し、構造解析可能な試料であることを確認できた。今後、T. vulcanus由来PBS-PSIIの立体構造解析を、クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析によって明らかにする予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
T. vulcanus由来PBS-PSIIの立体構造解析を、クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析によって明らかにしていく。加えて、PBSとPSIが相互作用した超複合体PBS-PSIの試料評価を進め、構造解析可能な試料であることが確認でき次第、クライオ電子顕微鏡撮影を進めていく。
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| Causes of Carryover |
当該助成金が生じた状況として、2021年度はCOVID-19の影響により学会・研究会・研究打ち合わせなどの出張が全てオンラインでの開催となったため、出張費の支出がなくなったため。来年度は、これまでの研究成果をまとめるための論文投稿費用として使用する予定である。
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