2020 Fiscal Year Annual Research Report
光合成超複合体のエネルギー伝達機構の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space |
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| Project/Area Number |
20H05109
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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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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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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 / 単粒子構造解析 / 光捕集 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シアノバクテリアや紅藻がもつ巨大水溶性蛋白質複合体であるフィコビリソーム（PBS）は、太陽の光を効率よく吸収し、光化学系蛋白質である光化学系I（PSI）と光化学系II（PSII）にそのエネルギーを伝達する。本研究は、PBSの立体構造とその機能を最新の電子顕微鏡撮影・解析技術を駆使して解析し、PBSと光化学系蛋白質群との相互作用を、そのエネルギー伝達様式を解明することを目的とする。２０２０年度は、好熱性シアノバクテリアT. vulcanusから単離・調製したPBSの負染色構造解析及びその生化学分析を行い、PBSの表面構造を明らかにした。そして、それらの成果をまとめて論文投稿を行った。この投稿論文は現在minor revisionの状況である。加えて、調製したPBSのクライオ電子顕微鏡解析を進め、PBSの全体構造を3.7 A分解能で、そしてPBSから一部解離したフィコシアニンロッドの構造を4.2 A分解能で解析した。それぞれのFSC0.5（構築したモデルと3D mapの相関係数）は3.7 A分解能と4.2 A分解能になり、この結果は得られた3D mapに対して妥当なモデルを構築できたことを示している。PBSはApcA, ApcB, ApcC, ApcD, ApcE, ApcFから成る複雑な複合体で、T. vulcanus由来PBSの特徴的なリンカー蛋白質（ApcE）の構造と周辺との相互作用を明らかにした。さらに、解析したフィコシアニンロッドはCpcAとCpcBから成る12量体で構成され、この12量体を安定化させているリンカー蛋白質群（CpcC, CpcG, CpcD）の同定に成功した。現在、これらの内容をまとめ、論文投稿準備を進めている。
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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
T. vulcanus由来PBSの全体構造を染色剤を用いた負染色構造解析によって明らかにし、その成果を論文投稿し、現在minor revisionの状況である。また、PBSの光エネルギー伝達の分光解析を共同研究者と共に行い、その内容をPhotosynthesis Researchに投稿・受理された（現在proofの段階である）。さらに、T. vulcanus由来PBSのクライオ電子顕微鏡解析を行い、PBSの全体構造とアンテナの一部分であるフィコシアニンロッドの構造をそれぞれ3.7 A, 4.2 A分解能で解析し、その内容を現在まとめている。
その他、藻類の光捕集の仕組み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PSIの立体構造解析を2.5 A分解能で行い、クロロフィルdをもつPSIの光捕集・電子伝達反応を明らかにした（Hamaguchi and Kawakami et al., Nature Communications, 2021）。
本研究で得られた成果は着々とまとまり、国際雑誌に投稿・受理されており、このことから本研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２１年度は、２０２０年度までに得られたデータをまとめ、その成果を国際雑誌に投稿する。
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