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2013 Fiscal Year Research-status Report

光合成の強光ストレス傷害からの再生機構

Research Project

Project/Area Number 24570039
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

西山 佳孝  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (30281588)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 康弘  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10154874)
Keywords光合成 / ストレス応答 / 強光ストレス / タンパク質合成 / 翻訳因子
Research Abstract

光化学系II(PSII)は強光に対して感受性が高く、容易に失活する。近年、D1タンパク質などPSIIの修復に必要なタンパク質の新規合成が、強光下で発生する活性酸素によって翻訳伸長の段階で阻害されることが明らかになっている。これまでにシアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803では、タンパク質合成系の翻訳因子EF-Gの酸化が修復阻害の要因の一つだと特定されている。しかし、他の翻訳因子が酸化傷害を受けているかどうか不明である。そこで本研究では、翻訳伸長に関与する他の翻訳因子EF-Tuの酸化感受性をin vitroとin vivoの双方の系で明らかにすることを目的とした。組み換えEF-Tuタンパク質を作製して酸化感受性を調べたところ、過酸化水素の存在下でCys82が分子間ジスルフィド結合を形成して失活することがわかった。さらに酸化型EF-Tuの一部が20量体以上からなる巨大な複合体を形成することや、これらの酸化型EF-Tuはチオレドキシンによって還元され再活性化されることもわかった。次に、PSIIの強光応答と翻訳因子EF-Tuの失活との関連をin vivoで調べるために、Cys82をセリンに改変した変異型EF-Tu(C82S)を共発現させた株(共発現株)と野生型EF-Tuを過剰発現させた株(過剰発現株)を作製してPSIIの光阻害を解析した。その結果、両変異株では野生株に比べてタンパク質合成に依存したPSIIの修復が促進し、光阻害が緩和された。しかし、さらに強い光条件下において、共発現株では逆に光阻害が促進した。以上の結果から、EF-Tuも活性酸素の標的であるが、その酸化傷害が強光ストレス応答で防御的な役割を担っていることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

H25年度の研究で、シアノバクテリア翻訳系でEF-G以外の酸化的因子EF-Tuを同定できたことは当初の計画通り研究が進行していると言える。また、EF-Tuの過剰発現や改変によってタンパク質合成の酸化ストレス耐性が増大し、光化学系IIの強光ストレス耐性が著しく増大したことは、当初の予想を超える成果であった。しかし、光化学系II自身の再構成機構に関しては研究が遅れいている。

Strategy for Future Research Activity

翻訳因子EF-Tuの過剰発現株や改変株において、強光ストレス条件下でEF-Tuのレドックス状態をモニターする必要がある。また、in vitroの実験系で見えたEF-Tuの巨大複合体の構造解析や、in vivoにおける観察も実施する必要がある。さらに、光合成の強光ストレス耐性における翻訳因子EF-GおよびEF-Tuのレドックス変化の生理学的役割を解明していく予定である。最後に、光化学系II複合体の再生機構を、研究代表者らが開発したin vitro修復系を使って明らかにしていく予定である。

  • Research Products

    (24 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (20 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Okuyama, H. and Nishiyama, Y. (2013) Expression of a highly active catalase VktA in the cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942 alleviates the photoinhibition of photosystem II2013

    • Author(s)
      Jimbo, H., Noda, A., Hayashi, H., Nagano, T., Yumoto, I., Orikasa, Y., Okuyama, H. and Nishiyama, Y.
    • Journal Title

      Photosynth. Res.

      Volume: 117 Pages: 509-515

    • DOI

      10.1007/s11120-013-9804-7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of the plastidic phosphate translocators in the inducible crassulacean acid metabolism plant Mesembryanthemum crystallinum2013

    • Author(s)
      Kore-eda, S., Nozawa, A., Okada, Y., Takashi, K., Azad, M.A.K., Ohnishi, J., Nishiyama, Y. and Tozawa, Y.
    • Journal Title

      Biosci. Biotech. Biochem.

      Volume: 77 Pages: 1511-1516

    • DOI

      org/10.1271/bbb.130174

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Deletion of the transcriptional regulator cyAbrB2 de-regulates primary carbon metabolism in Synechocystis sp. PCC 68032013

    • Author(s)
      Kaniya, Y., Kizawa, A., Miyagi, A., Kawai-Yamada, M., Uchimiya, H., Kaneko, Y., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
    • Journal Title

      Plant Physiol.

      Volume: 162 Pages: 1153-1163

    • DOI

      10.1104/pp.113.218784

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Action of reactive oxygen species in photoinhibition of photosystem II2014

    • Author(s)
      Nishiyama, Y.
    • Organizer
      Department Seminar, University of California, Berkeley
    • Place of Presentation
      Berkeley, USA
    • Year and Date
      20140325-20140325
    • Invited
  • [Presentation] シアノバクテリア翻訳因子EF-Tuの酸化傷害と光化学系IIの強光応答2014

    • Author(s)
      神保晴彦、Rayakorn Yutthanasirikul、永野孝典、西山佳孝
    • Organizer
      第55回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山)
    • Year and Date
      20140318-20140320
  • [Presentation] Redox regulation of the translation factor EF-Tu in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 68032014

    • Author(s)
      Rayakorn Yutthanasirikul, Takanori Nagano, Takashi Kanamori, Takuya Ueda, Takamitsu Haruyama, Hiroki Konno, Keisuke, Yoshida, Toru Hisabori, and Yoshitaka Nishiyama
    • Organizer
      第55回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山)
    • Year and Date
      20140318-20140320
  • [Presentation] シアノバクテリアの光阻害防御機構における熱放散の役割2014

    • Author(s)
      草間友里、井上修平、園池公毅、高市真一、西山佳孝
    • Organizer
      第55回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山)
    • Year and Date
      20140318-20140320
  • [Presentation] 葉緑体翻訳因子EF-GおよびEF-Tuの酸化ストレス応答性2014

    • Author(s)
      米山拓、大窪孝幸、永野孝典、金森崇、上田卓也、久堀徹、西山佳孝
    • Organizer
      第55回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山)
    • Year and Date
      20140318-20140320
  • [Presentation] 赤潮藻類における光化学系IIの光阻害に対する温度の影響2014

    • Author(s)
      桑原悠輔、濱口卓也、紫加田知幸、西山佳孝
    • Organizer
      第55回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山)
    • Year and Date
      20140318-20140320
  • [Presentation] 光合成生物におけるタンパク質合成系のレドックス制御2014

    • Author(s)
      西山佳孝、Rayakorn Yutthanasirikul、神保晴彦、永野孝典
    • Organizer
      物質・デバイス領域共同研究拠点「生体機能物質の機能および制御の解析とバイオデバイスへの応用」第1回ワークショップ
    • Place of Presentation
      東京工業大学(横浜)
    • Year and Date
      20140306-20140306
  • [Presentation] 大腸菌翻訳因EF-Gの酸化傷害とレドックス制御2014

    • Author(s)
      永野孝典、西山佳孝
    • Organizer
      物質・デバイス領域共同研究拠点「生体機能物質の機能および制御の解析とバイオデバイスへの応用」第1回ワークショップ
    • Place of Presentation
      東京工業大学(横浜)
    • Year and Date
      20140306-20140306
  • [Presentation] 大腸菌翻訳系におけるEF-Gの酸化傷害とレドックス制御の分子機構2013

    • Author(s)
      永野孝典、Rayakorn Yutthanasirikul、久堀徹、金森崇、竹内(富田)野乃、上田卓也、西山佳孝
    • Organizer
      第36回日本分子生物学会
    • Place of Presentation
      神戸ポートアイランド(神戸)
    • Year and Date
      20131203-20131206
  • [Presentation] Oxidative damage to translation factor EF-Tu and its redox regulation in Synechocystis sp. PCC 68032013

    • Author(s)
      Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T., Nishiyama, Y.
    • Organizer
      かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
    • Place of Presentation
      かずさDNA研究所(木更津)
    • Year and Date
      20131122-20131123
  • [Presentation] 翻訳因子EF-Tuの改変が光化学系IIの光阻害に及ぼす効果2013

    • Author(s)
      神保晴彦、Yutthanasirikul, R.、永野孝典、西山佳孝
    • Organizer
      かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
    • Place of Presentation
      かずさDNA研究所(木更津)
    • Year and Date
      20131122-20131123
  • [Presentation] 光化学系IIの光防御機構におけるカロテノイドの作用2013

    • Author(s)
      草間友里、井上修平、園池公毅、高市真一、西山佳孝
    • Organizer
      かずさDNA研究所研究会「ラン藻の分子生物学2013」
    • Place of Presentation
      かずさDNA研究所(木更津)
    • Year and Date
      20131122-20131123
  • [Presentation] 光合成の強光ストレス耐性の向上2013

    • Author(s)
      西山佳孝
    • Organizer
      第1回SUPER FORUMシンポジウム
    • Place of Presentation
      埼玉大学(さいたま)
    • Year and Date
      20131120-20131120
    • Invited
  • [Presentation] 大腸菌翻訳系におけるEF-Gの酸化傷害とレドックス制御2013

    • Author(s)
      永野孝典、Rayakorn Yutthanasirikul、久堀徹、金森崇、竹内(富田)野乃、上田卓也、西山佳孝
    • Organizer
      第8回無細胞生命科学研究会
    • Place of Presentation
      新潟大学(新潟)
    • Year and Date
      20131021-20131022
  • [Presentation] 大腸菌翻訳因子EF-Gの酸化傷害とレドックス制御の分子機構2013

    • Author(s)
      永野孝典、Yutthanasirikul, R.、久堀徹、金森崇、竹内(富田)野乃、上田卓也、西山佳孝
    • Organizer
      第86回日本生化学会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(横浜)
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] Molecular mechanism of oxidative damage to the translation factor EF-Tu from the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 68032013

    • Author(s)
      Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Hisabori, T., Kanamori, T., Ueda, T., Nishiyama, Y.
    • Organizer
      第86回日本生化学会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(横浜)
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] Effects of oxidative damage to the translation factor EF-Tu on photoinhibition of photosystem II in cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 68032013

    • Author(s)
      Jimbo, H., Yutthanasirikul, R., Nagano, T., Nishiyama, Y.
    • Organizer
      6th International Congress on Photosynthesis Research
    • Place of Presentation
      Saint Louis, USA
    • Year and Date
      20130810-20130817
  • [Presentation] シアノバクテリア光化学系IIの光防御機構におけるカロテノイドの役割2013

    • Author(s)
      草間友里、井上修平、園池公毅、高市真一、西山佳孝
    • Organizer
      第4回日本光合成学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
    • Year and Date
      20130531-20130601
  • [Presentation] シアノバクテリア光化学系IIの強光応答における翻訳因子EF-Tu改変の影響2013

    • Author(s)
      神保晴彦、Yutthanasirikul, R.、永野孝典、西山佳孝
    • Organizer
      第4回日本光合成学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
    • Year and Date
      20130531-20130601
  • [Presentation] Oxidative damage to protein synthesis during photoinhibition of photosystem II2013

    • Author(s)
      Nishiyama, Y.
    • Organizer
      RSB Seminar, The Australian National University
    • Place of Presentation
      Canberra, Australia
    • Year and Date
      20130529-20130529
    • Invited
  • [Remarks] 環境応答研究室

    • URL

      http://www.molbiol.saitama-u.ac.jp/nishiyama/kankyo/Top.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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