紅色光合成細菌をモデルとした光合成の環境応答の分子機構に関する研究

• Project/Area Number: 00J07340
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 植物生理
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 増田 真二 東京都立大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2000 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2001: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2000: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 光合成 / 光合成細菌 / 二成分制御系 / 遺伝子発現制御 / 青色光受容体

Research Abstract

本研究は紅色光合成細菌を用いて、光合成効率の制御機構を分子レベルで解明することを目的としている。昨年度までの研究で、光合成遺伝子の発現を抑制する転写因子PpsRは酸化的条件下で分子内ジスルフィド結合を作り、結果としてDNA結合能を上昇させることが明らかとなった。また別の転写因子AppAは酸素と青色光依存的にPpsRの転写抑制能を不活化させることがわかった。本年度はこのAppAの抗転写抑制作用がどのようなメカニズムで行なわれているのかを明らかにすることを目標に研究を進め以下の結果を得た。
1.AppAタンパク質のフラビン結合ドメインのみを大腸菌で発現させ精製する手法を確立した。精製したこのフラビン結合ドメインを溶液多次元NMR法により解析し、青色光吸収に伴いフラビンと21番目に保存されているチロシンとのπ結合を介した相互作用が、このドメインのフォトサイクル反応に重要であることが明らかとなった。またこのフォトサイクル反応において、このドメインは構造変化というよりはむしろダイナミクス変化をおこし、それが自身の活性制御に重要であることを明らかにした。
2.AppAは青色色素としてフラビンを結合しているが、酸素を感受する補助因子は明らかではなかった。様々な組み換えタンパク質を調べたところ、AppAは鉄イオウクラスターを持っていることが明らかとなり、これが酸素感受性に重要であることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Carl E.Bauer: "Redox and light regulation of gene expression in photosynthetic prokatyotes"Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci.. 358. 147-154 (2003)
• [Publications] Shinji Masuda: "AppA is a blue-light photoreceptor that anti-represses photosynthesis gene expression in Rhodobacter sphaeroides"Cell. 110. 613-623 (2002)
• [Publications] Shinji Masuda: "Mutational analyses of the photosynthetic reaction-center-bound triheme cytochrome subunit and cytochrome c_2 in the purple bacterium Rhodovulum sulfidophilum"Biochemistry. 41. 11211-11217 (2002)
• [Publications] Shinji Masuda: "Repression of photosynthesis gene expression by formation of a disulfide bond in CrtJ"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99. 7078-7083 (2002)