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青色光受容体PHOTの分子構造と光受容初期過程

研究課題

研究課題/領域番号 13139205
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関大阪府立大学

研究代表者

徳富 哲  大阪府立大学, 先端科学研究所, 教授 (90142009)

研究分担者 神取 秀樹  名古屋工業大学, 工学部, 教授 (70202033)
藤堂 剛  京都大学, 放射線生物研究センター, 助教授 (90163948)
研究期間 (年度) 2001 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
68,900千円 (直接経費: 68,900千円)
2004年度: 10,100千円 (直接経費: 10,100千円)
2003年度: 10,500千円 (直接経費: 10,500千円)
2002年度: 21,900千円 (直接経費: 21,900千円)
2001年度: 26,400千円 (直接経費: 26,400千円)
キーワード植物 / 青色光受容 / フラビンタンパク質 / 光反応 / シグナル伝達 / 光環境情報 / 光センシング / 光受容体 / フォトトロピン / 分子構造 / プロテインキナーゼ活性 / 青色光受容体
研究概要

植物は光環境情報を、赤色光領域に吸収を持つフィトクロムと青色光領域に吸収をもつ複数の青色光受容体で受容している。後者の一つフォトトロピン(phot)は、光屈性の光受容体として見つけられた色素タンパク質で、その後、葉肉細胞中の葉緑体の光定位運動および光による葉の気孔開口の光受容体としても働くことが解り、これら三機能が光合成活性の効率化に重要な働きをすることから注目されている。Phot分子はN-末端側に光受容ドメイン、C-末端側にシグナル伝達ドメインをもつ。前者には、二つのLOV(Light, Oxygen, Voltage)ドメインが存在し発色団として各々FMNを一つ結合している。後者はScr/Thrキナーゼを形成している。本研究課題は、発色団に入力した青色光シグナルが、どのような光反応過程を介してキナーゼ活性を調節し下流へとシグナル伝達するのかを解明することである。
(1)LOVドメインの光反応機構の研究。
大腸菌による、intactな光反応を示すシロイヌナズナphot1、phot2およびシダphy3のLOV1とLOV2各ドメイン試料調製系を確立し、これらの試料の光反応を低温紫外・可視吸収スペクトルよび振動分光ペクトルの測定により解析し、初期反応機構と中間体に関する新しい知見を得た。今年度は、FMNとアダクトを作るシステインが励起状態でプロトン化していること、光反応に水分子を介した水素結合の再編が関与することを見つけ、さらに発色団反応をタンパク質部分の二次構造変化に結びつける役割を果たすアミノ酸残基の一つを同定した。
(2)LOVドメイン光反応にともなうタンパク質部分の構造変化の研究。
SPring8共同利用研究を行い、X線小角散乱による構造解析を行い、光反応にともなう構造変化がLOV2ドメインとキナーゼドメインの間のリンカー部分で主に起きていることを明らかにした。
(3)Ser/Thrキナーゼ活性の光制御機構の研究。
これまでに、photキナーゼ活性に関しては自己リン酸化しか報告されていなかったが、初めてphot2キナーゼドメインが自己以外の基質をリン酸化することをも見つけ、LOV2がキナーゼ活性の光制御を担い、LOV1はその光感受性を下げる機能をもち、それぞれ役割分担をしていることを明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (6件) 文献書誌 (9件)

  • [雑誌論文] Quaternary structure of LOV-domain containing polypeptides of Arabidopsis FKF1 protein.2005

    • 著者名/発表者名
      Nakasako, M., Matsuoka, D., Zikihara, K., Tokutomi, S.
    • 雑誌名

      FEBS Lett. 579

      ページ: 1067-1071

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Reactive Cysteine is Protonated in the Triplet-Excited State of the LOV2 Domain in Adiantum Phytochrome3.2005

    • 著者名/発表者名
      Sato, Y., Iwata T., Tokutomi, S., Kandori, H.
    • 雑誌名

      J.Amer.Chem.Soc. 127

      ページ: 1088-1089

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Light-induced global structural changes of phytochrome A regulating photomorphogenesis in plants.2005

    • 著者名/発表者名
      Nakasako, M., Iwata, T., Inoue, K., Tokutomi, S.
    • 雑誌名

      FEBS J. (旧Eur.J.Biochem.) 279

      ページ: 603-612

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Water structural changes in the activation process of the LOV2 domain of Adiantum phytochrome3.2005

    • 著者名/発表者名
      Nozaki, D., Iwata, T., Tokutomi, S., Kandori, H.
    • 雑誌名

      J.Mol.Struct. 735/736

      ページ: 259-265

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Light-induced structural changes of LOV-domain containing polypeptides in Arabidopsis phototropin 1 and 2 studied by small-angle X-ray scattering.2004

    • 著者名/発表者名
      Nakasako, M., Iwata, T., Matsuoka, D., Tokutomi, S.
    • 雑誌名

      Biochemistry 43

      ページ: 14881-14890

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Role of Gln1029 in the photoactivation processes of the LOV2 domain in Adiantum phytochrome32004

    • 著者名/発表者名
      Nozaki, D., Iwata, T., Ishikawa, T., Todo, T., Tokutomi, S., Kandori, H.
    • 雑誌名

      Biochemistry 43

      ページ: 8373-8379

    • NAID

      130006986938

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] Sco, H.S, Watanabe, E., Tokutomi, S., Nagatani, A., Chua N.-H: "Photoreceptor ubiquitination by COP1 E3 ligase desensitizes phytochrome A"Genes Development. in press. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Iwata T., Nozaki., D., Tokutomi, S., Kagawa, T., Wada, M., Kandori, H.: "Light-Induced Structural Changes in the LOV2 Domain of Adiantum Phytochrome3 Studied by Low-Temperature FTIR and UV/visible Spectroscopy"Biochemistry. vol.42. 8183-8191 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Saitou, T., Hashidume, A., Takahata, K, Tokutomi, S., Kamada, H: "Phytochrome activities and biological activities of genes for phytochrome A of horseradish in horseradish hairy roots."Plant Biotechnology. vol.20. 13-19 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Saitou, T., Hashidume, Ai., Tokutomi, S., Kamada, H.: "Reduction of phytochrome level and light-induced formation of adventitous shoots by introduction of antisense genes for phytochrome A in horseradish hairy roots."Plant, Cell, Tissue & Organ Culture. vol.76. 45-51 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Iwata T., Tokutomi, S., Kandori, H.: "Photoreaction of the cysteine S-H group in the LOV2 domain of Adiantum Phytochrome3"J. Amer. Chem. Soc.. vol.124. 11840-11841 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hitomi, K.: "Role of two histidines in the(6-4)photolyase reaction"J.Biol.Chem.. 276. 10103-10109 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Weber, S.: "Photoreactivation of the Flavin cofactor in xenopus laevis.(6-4)photolyase: Observation of a transient tyrosyl radical by timeresolved electronmagnetic resonance"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 99. 1319-1322 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 徳富 哲: "植物のカラービジョン"化学と生物. 40巻1号. 61-65 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 和田 正三他: "植物細胞工学シリーズ16 植物の光センシング"秀潤社. 192 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2018-03-28  

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