イオン輸送によるプロトン駆動力成分制御

• 研究領域: 新光合成：光エネルギー変換システムの再最適化
• 研究課題/領域番号: 16H06558
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 魚住 信之 東北大学, 工学研究科, 教授 (40223515)
• 研究分担者: 川崎 寿 東京大学, 生物生産工学研究センター, 特任教授 (90349788) ; 池内 昌彦 東京大学, 大学院総合文化研究科, 名誉教授 (20159601)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 85,410千円 (直接経費: 65,700千円、間接経費: 19,710千円); 2020年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2019年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2018年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2017年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2016年度: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
• キーワード: 膜輸送体 / 膜電位 / プロトン駆動力 / イオン / チラコイド膜 / 光合成 / イオン輸送体 / 浸透圧 / 恒常性 / 輸送体 / 駆動力 / チャネル / 生体膜 / アンチポーター / 葉緑体 / 藍藻 / カリウム / ナトリウム / イオン透過性

研究成果の概要

シロイヌナズナ葉緑体のKEA1-KEA6の内向きおよび外向きのK輸送活性の両方向への輸送活性を有することを明らかにした．また， KEA3の輸送活性増強変異体であるdpgr （KEA3-G422R）は，野生型よりも大きい比輸送活性をしめした，生理的な結果と一致することが明らかとなった．また，藍藻のNa/HアンチポーターのNhaS1-NhaS6のNaとHの交換輸送活性を検出した．この中で，チラコイド膜に存在する輸送体も明らかとなり，光合成機能が上昇する強光環境において必須となるNhaSが明らかになった．

研究成果の学術的意義や社会的意義

光合成の明反応は葉緑体や藍藻で行われており，両者の長所を生かして詳細な検討をすすめた．チラコイド膜におけるプロトン駆動力の形成に必要なNaやK輸送体を同定して，イオン輸送活性を明らかにした．このことにより，チラコイドの膜電位形成には，H以外のNaやKなどの陽イオンが関与しており，その輸送体の実体の一部が明らかにされた．これらの輸送体が光エネルギーの変換でチラコイド膜に蓄積される電気化学エネルギーの生成と変換に重要な役割を担うことが示された．

研究成果

• [国際共同研究] University of Milan(イタリア)
• [国際共同研究] University of Munster(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Milan(イタリア)
• [国際共同研究] University of Munster(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Munster(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Padova(イタリア)
• [国際共同研究] Stockholm University(Sweden)
• [雑誌論文] Loss of cell wall integrity genes cpxA and mrcB causes flocculation in Escherichia coli (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugawara Keita、Toyoda Hayato、Kimura Mami、Hayasaka Shunsuke、Saito Hiromi、Kobayashi Hiroshi、Ihara Kunio、Ida Tomoaki、Akaike Takaaki、Ando Eiji、Hyodo Mamoru、Hayakawa Yoshihiro、Hamamoto Shin、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: Biochemical Journal 巻: 478 号: 1 ページ: 41-59
  • DOI: 10.1042/bcj20200723
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Biosynthesis of a sulfated exopolysaccharide, Synechan, and bloom formation in the model cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaisei Maeda, Yukiko Okuda, Gen Enomoto, Satoru Watanabe, Masahiko Ikeuchi
  • 雑誌名: eLife 巻: in press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calcium-Regulated Phosphorylation Systems Controlling Uptake and Balance of Plant Nutrients (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito Shunya、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 11 ページ: 1-11
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional characterization of multiple PAS domain-containing diguanylate cyclases in Synechocystis sp. PCC 6803 (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Ko、Chubachi Chihiro、Tochigi Saeko、Hoshi Naomi、Kojima Seiji、Hyodo Mamoru、Hayakawa Yoshihiro、Furuta Tadaomi、Kera Kota、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 166 号: 7 ページ: 659-668
  • DOI: 10.1099/mic.0.000929
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diverse Physiological Functions of Cation Proton Antiporters across Bacteria and Plant Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsujii Masaru、Tanudjaja Ellen、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 12 ページ: 4566-4566
  • DOI: 10.3390/ijms21124566
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of Arabidopsis TPK2 and KCO3 reveals structural properties required for K+ channel function (2020)
  • 著者名/発表者名: Uehara Chihiro、Takeda Kota、Ibuki Tatsuki、Furuta Tadaomi、Hoshi Naomi、Tanudjaja Ellen、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: Channels 巻: 14 号: 1 ページ: 336-346
  • DOI: 10.1080/19336950.2020.1825894
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hik36?Hik43 and Rre6 act as a two-component regulatory system to control cell aggregation in Synechocystis sp. PCC6803 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kera Kota、Yoshizawa Yuichiro、Shigehara Takehiro、Nagayama Tatsuya、Tsujii Masaru、Tochigi Saeko、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76264-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tlr0485 is a cAMP-activated c-di-GMP phosphodiesterase in a cyanobacterium <i>Thermosynechococcus</i> (2020)
  • 著者名/発表者名: Enomoto Gen、Kamiya Ayako、Okuda Yukiko、Narikawa Rei、Ikeuchi Masahiko
  • 雑誌名: The Journal of General and Applied Microbiology 巻: 66 号: 2 ページ: 147-152
  • DOI: 10.2323/jgam.2020.01.007
  • NAID: 130007855503
  • ISSN: 0022-1260, 1349-8037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Guard Cell Membrane Anion Transport Systems and Their Regulatory Components: An Elaborate Mechanism Controlling Stress-Induced Stomatal Closure (2019)
  • 著者名/発表者名: Saito Shunya、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: Plants 巻: 8 号: 1 ページ: 9-9
  • DOI: 10.3390/plants8010009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The mechanosensitive channel YbdG from Escherichia coli has a role in adaptation to osmotic up-shock. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shun Amemiya, Hayato Toyoda, Mami Kimura, Hiromi Saito, Hiroshi Kobayashi, Kunio Ihara 3 , Kiyoto Kamagata 4 , Ryuji Kawabata 5 , Setsu Kato, Yutaka Nakashimada, Tadaomi Furuta, Shin Hamamoto, Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 (33) 号: 33 ページ: 12281-12292
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.007340
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for potassium transport activity of Arabidopsis KEA1-KEA6. (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaru Tsujii, Kota Kera, Shin Hamamoto, Takashi Kuromori, Toshiharu Shikanai, Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 9 (1), 10040 号: 1 ページ: 10040-10040
  • DOI: 10.1038/s41598-019-46463-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DAY-LENGTH-DEPENDENT DELAYED-GREENING1, the Arabidopsis Homolog of the Cyanobacterial H+-Extrusion Protein, Is Essential for Chloroplast pH Regulation and Optimization of Non-Photochemical Quenching (2019)
  • 著者名/発表者名: Harada Kyohei、Arizono Takatoshi、Sato Ryoichi、Trinh Mai Duy Luu、Hashimoto Akira、Kono Masaru、Tsujii Masaru、Uozumi Nobuyuki、Takaichi Shinichi、Masuda Shinji
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 12 ページ: 2660-2671
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved sorbitol production and growth in cyanobacteria using promiscuous haloacid dehalogenase-like hydrolase (2019)
  • 著者名/発表者名: Chin Taejun、Okuda Yukiko、Ikeuchi Masahiko
  • 雑誌名: Journal of Biotechnology: X 巻: 1 ページ: 100002-100002
  • DOI: 10.1016/j.btecx.2019.100002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cesium Inhibits Plant Growth Primarily Through Reduction of Potassium Influx and Accumulation in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Adams Eri、Miyazaki Takae、Saito Shunya、Uozumi Nobuyuki、Shin Ryoung
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 1 ページ: 63-76
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy188
  • 査読あり
• [雑誌論文] N-myristoylation and S-acylation are common modifications of Ca2+-regulated Arabidopsis kinases and are required for activation of the SLAC1 anion channel (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito Shunya、Hamamoto Shin、Moriya Koko、Matsuura Aiko、Sato Yoko、Muto Jun、Noguchi Hiroto、Yamauchi Seiji、Tozawa Yuzuru、Ueda Minoru、Hashimoto Kenji、Koester Philipp、Dong Qiuyan、Held Katrin、Kudla Joerg、Utsumi Toshihiko、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 218 号: 4 ページ: 1504-1521
  • DOI: 10.1111/nph.15053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In vitro and in vivo characterization of modulation of the vacuolar cation channel TRPY1 from Saccharomyces cerevisiae (2018)
  • 著者名/発表者名: Shin Hamamoto, Yasuo Mori, Isamu Yabe, Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: The Febs Journal 巻: 285 号: 6 ページ: 1146-1161
  • DOI: 10.1111/febs.14399
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction of Spermidine Content Resulting from Inactivation of Two Arginine Decarboxylases Increases Biofilm Formation in Synechocystis sp. PCC 6803 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kota Kera, Tatsuya Nagayama, Kei Nanatani, Chika Saeki-Yamoto, Akira Tominaga, Satoshi Souma, Nozomi Miura, Kota Takeda, Syunsuke Kayamori, Eiji Ando, Kyohei Higashi, Kazuei Igarashi and Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 巻: 9 号: 9 ページ: 664-706
  • DOI: 10.1128/jb.00664-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of the mechanical properties of single Synechocystis sp. strain PCC6803 cells in different osmotic concentrations using a robot-integrated microfluidic chip (2018)
  • 著者名/発表者名: Di Chang, Shinya Sakuma, Kota Kera, Nobuyuki Uozumi, Fumihito Arai
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 8 号: 8 ページ: 1241-1249
  • DOI: 10.1039/c7lc01245d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification and characterization of compounds that affect stomatal movements. (2018)
  • 著者名/発表者名: Toh S, Inoue S, Toda Y, Yuki T, Suzuki K, Hamamoto S, Fukatsu K, Aoki S, Uchida M, Asai E, Uozumi N, Sato A, Kinoshita T.
  • 雑誌名: Plant & Cell Physiology 巻: in press 号: 8 ページ: 1568-1580
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ion Channels Regulate Nyctinastic Leaf Opening in Samanea saman (2018)
  • 著者名/発表者名: Oikawa Takaya、Ishimaru Yasuhiro、Munemasa Shintaro、Takeuchi Yusuke、Washiyama Kento、Hamamoto Shin、Yoshikawa Nobuyuki、Mutara Yoshiyuki、Uozumi Nobuyuki、Ueda Minoru
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 28 号: 14 ページ: 2230-2238
  • DOI: 10.1016/j.cub.2018.05.042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of regions responsible for the function of the plant K+ channels KAT1 and AKT2 in Saccharomyces cerevisiae and Xenopus laevis oocytes (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito Shunya、Hoshi Naomi、Zulkifli Lalu、Widyastuti Sri、Goshima Shinobu、Dreyer Ingo、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: Channels 巻: 11 号: 6 ページ: 510-516
  • DOI: 10.1080/19336950.2017.1372066
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Probing native metal ion association sites through quenching of fluorophores in the nucleotide-binding domains of the ABC transporter MsbA (2017)
  • 著者名/発表者名: Daiki Tatsumi, Kei Nanatani, Yuto Koike, Kiyoto Kamagata, Satoshi Takahashi, Ayumu Konno, Tadaomi Furuta, Minoru Sakurai, Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: Biochem. J. 巻: 474 号: 12 ページ: 1993-2007
  • DOI: 10.1042/bcj20161051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kup-mediated Cs+ uptake and Kdp-driven K+ uptake coordinate to promote cell growth during excess Cs+ conditions in Escherichia coli (2017)
  • 著者名/発表者名: Ellen Tanudjaja, Naomi Hoshi, Yi-Hsin Su, Shin Hamamoto & Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-017-02164-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The topogenic function of S4 promotes membrane insertion of the voltage-sensor domain in the KvAP channel (2016)
  • 著者名/発表者名: Eriko Mishima, Yoko Sato, Kei Nanatani, Naomi Hoshi, Jong-Kook Lee, Nina Schiller, Gunnar von Heijne, Masao Sakaguchi, Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: Biochem. J. 巻: 473 ページ: 4361-4372
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 藍藻の新規強光応答機構を担う Na+/H+ アンチポーターの同定と機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林歩夢, 辻井雅, 狩野文香, 解良康太, 児島征司, 小口理一, 彦坂幸毅, 園池公毅, 魚住信之
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2021年度大会
• [学会発表] 光合成電子伝達系を調節するイオン輸送体と硫黄分子の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 辻井雅、石丸泰寛、魚住信之
  • 学会等名: 第一回 R＆D 戦略委員会 サテライトシンポジウム
• [学会発表] 強光適応と光合成調節にかかわる藍藻 Na+/H+ アンチポーターの解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林歩夢, 辻井雅, 狩野文香, 解良康太, 石丸泰寛, 魚住信之
  • 学会等名: 第15回トランスポーター研究会年会
• [学会発表] 気孔閉鎖を抑制する化合物の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤奏音，齋藤俊也, 筧太心, 河野優, Matteo Grenz, Alex Costa, 石丸泰寛, 魚住信之
  • 学会等名: 植物化学調節学会第55回大会
• [学会発表] Multiple CBL-CIPK pairs regulate Arabidopsis guard cell ion channels (2019)
  • 著者名/発表者名: Shunya Saito, Misaki Sato, Shin Hamamoto, Philipp Koster, Jorg Kudla and Nobuyuki Uozum
  • 学会等名: 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of the mechanism of Na+ and Cs+-induced cell growth through cation transporters (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Uozumi, Masaru Tsujii, Ellen Tanudjaja and Kota Kera
  • 学会等名: 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 国際学会
• [学会発表] 気孔開閉と根長の制御をめざした植物イオン輸送体の活性化剤・阻害剤の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 魚住信之
  • 学会等名: 日本生物工学会北日本支部仙台シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 気孔開口を抑制するKチャネル阻害剤の同定とその構造活性相関 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木喬太，遠藤 晃輔，島田 友輝，有澤 美枝子，熊田 佳菜子 ，一刀 かおり，谷井 沙織，古田 未有，井坂 修久，山口 利男，Khurram Basir，関 原明，浜本 晋，石丸 泰寛，魚住 信之
  • 学会等名: 第71回日本生物工学会大会
• [学会発表] Uniquely evolved plant ion transport system (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Uozumi
  • 学会等名: The 4th Symposium on Plant Environmental Sensing
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光合成活性調節に関与する藍藻 Na+/H+ アンチポーターの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 辻井雅、狩野文香、小林歩夢、解良康太、児島征児、小口理一、彦坂公毅、園池公毅、魚住信之
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会
  • 招待講演
• [学会発表] 駆動力形成を担うイオン輸送による光合成調節 (2018)
  • 著者名/発表者名: 魚住信之，辻井雅，狩野文香，解良康太，浜本晋，斎藤俊也
  • 学会等名: 第70回日本生物工学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Dual lipidation on Ca2+-dependent kinases governs SLAC1-mediated stomatal closure (2018)
  • 著者名/発表者名: Shunya Saito, Shin Hamamoto, Nobuyuki Uozumi
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Biogenesis 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Optimum Control of Cellular Homeostasis in Photosynthetic Organism, Cyanobactria and Plant Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Uozumi
  • 学会等名: プラズマフォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] シアノバクテリアのバイオフィルム形成に関与するポリアミン合成酵素の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 解良康太、永山達也、七谷圭、佐伯-矢本千香、富永昴、相馬聡、三浦のぞみ、武田幸太、茅森俊介、安藤英司、東恭平、木花将 、五十嵐一衛、魚住信之
  • 学会等名: 第60回植物生理学会年会
• [学会発表] 大腸菌を宿主細胞としたシロイヌナズナの K+/H+ アンチポーターの機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻井雅，解良康太，浜本晋，黒森崇，鹿内利治，魚住信之
  • 学会等名: 第12回トランスポーター研究会
• [学会発表] シロイヌナズナの Non-photochemical quenchingに関与するK+/H+アンチポーターの輸送活性の評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻井雅, 解良康太, 浜本晋, 黒森崇，鹿内利治，魚住信之
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会
• [学会発表] ショ糖密度勾配遠心分離法によるN+/H+アンチポーターの細胞内局在性の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 狩野文香、解良康太、辻井雅、魚住信之
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学
• [学会発表] シアノバクテリアトランスポーターの局在性および機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 狩野文香、辻井雅、解良康太、魚住信之
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [産業財産権] ジフェニル尿素化合物誘導体 (2019)
  • 発明者名: 魚住信之，有澤美枝子，鈴木喬太
  • 権利者名: 魚住信之，有澤美枝子，鈴木喬太
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 植物のカリウムイオン輸送体の機能制御剤及び植物の育成方法 (2019)
  • 発明者名: 魚住信之，有澤美枝子，鈴木喬太，遠藤晃輔，浜本晋，池ノ上芳章
  • 権利者名: 魚住信之，有澤美枝子，鈴木喬太，遠藤晃輔，浜本晋，池ノ上芳章
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 植物のカリウムイオン輸送体の機能制御剤及び植物の育成方法 (2018)
  • 発明者名: 魚住信之 遠藤晃輔 浜本晋 鈴木喬太 池ノ上芳章
  • 権利者名: 魚住信之 遠藤晃輔 浜本晋 鈴木喬太 池ノ上芳章
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-020806
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] 植物のカリウムイオン輸送体の機能制御剤及び植物の育成方法 (2017)
  • 発明者名: 魚住信之 遠藤晃輔 浜本晋 池ノ上芳章
  • 権利者名: 魚住信之 遠藤晃輔 浜本晋 池ノ上芳章
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-042163
  • 出願年月日: 2017