新奇青色光センサー、光活性化アデニル酸シクラーゼの光活性化と細胞機能光制御の機構

• 研究課題/領域番号: 15207006
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物生理・分子
• 研究機関: 総合研究大学院大学 (2004-2006); 岡崎国立共同研究機構 (2003)
• 研究代表者: 渡辺 正勝 総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 教授 (40124226)
• 研究分担者: 神取 秀樹 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (70202033)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 48,880千円 (直接経費: 37,600千円、間接経費: 11,280千円); 2006年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円); 2005年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円); 2004年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円); 2003年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円)
• キーワード: 青色光センサー / 光活性化酵素 / cAMP / ミドリムシ / 光行動反応 / PAC / フラビン / 光運動反応 / 光センサー分子 / 青色光反応 / フラビン蛋白質 / 光活性化アデニル酸シクラーゼ / 青色光受容体 / FAD

研究概要

研究代表者らが発見したミドリムシの光行動の光センサー、光活性化アデニル酸シクラーゼ(PAC)はフラビンを結合する光感受ドメインとcAMPを生成する酵素活性ドメインを持っていて青色光で活性化されるユニークなタンパク質であり世界的に注目されている(Iseki et al.2002 Nature)。光活性化アデニル酸シクラーゼの進化的起源に関する系統解析により、光活性化アデニル酸シクラーゼは二次共生による葉緑体獲得時あるいはそれ以降に出現したと推測された(Koumura et a1.2004 Photochem Photobiol Sci))。光活性化アデニル酸シクラーゼの光活性化に関する精製標品実験により、その光量依存性や数十ミリ秒オーダーのパルス光応答性を明らかにし、ミドリムシの光応答行動を説明するに足るものであることを示した(Yoshikawa et a1.2005 Photochem Photobiol Sci)。光活性化アデニル酸シクラーゼの光感受ドメインの光化学変化の速度論実験により、光感度・量子収率・暗回復半減期を解析した(Ito et al.2005 Photochem Photobiol Sci)。光活性化アデニル酸シクラーゼを細胞工学的に任意の細胞に導入し光条件を変えることで,細胞内のcAMP濃度を人為的に変化させ,各種の生命活動をコントロールする「細胞機能光スイッチ」として応用できることを実証するために、ドイツグループと共同研究を行い、その成果として、アフリカツメガエル卵母細胞やヒト培養細胞さらにはショウジョウバエ個体において機能をもった発現や行動の光制御の実現を世界で初めて報告した(Schroeder-Lang et al.2007 Nature Methods)。

研究成果

• [雑誌論文] Fast manipulation of cellular cAMP level by light in vivo (2007)
  • 著者名/発表者名: Schroder-Lang, S.
  • 雑誌名: Nature Methods 4(1) ページ: 39-42
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Fast manipulation of cellular cAMP level by light in vivo. (2007)
  • 著者名/発表者名: Schroder-Lang, S., Schwarzel, M., Seifert, R., Strunker, T., Kateriya, S., Looser, J., Watanabe, M., Kaupp, U.B., Hegemann, P., Nagel, G.
  • 雑誌名: Nat.Methods. 4 (1) ページ: 39-42
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Kinetic analysis of the activation of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), a blue-light receptor for photomovements of Euglena. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, S.
  • 雑誌名: Photochemical ＆ Photobiological Sciences 4 (9) ページ: 727-731
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Biochemical and functional characterization of BLUF-type flavin-binding proteins of two species of cyanobacteria. (2005)
  • 著者名/発表者名: Okajima, K.
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 137 (6) ページ: 441-450
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Photocycle features of heterologously expressed and assembled eukaryotic flavin-binding BLUF domains of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), a blue-light receptor in Euglena gracilis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ito, S.
  • 雑誌名: Photochemical ＆ Photobiological Sciences 4(9) ページ: 762-769
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Kinetic analysis of the activation of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), a blue-light receptor for photomovements of Euglena. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, S., Suzuki, T., Watanabe, M., Iseki, M.
  • 雑誌名: Photochem.Photobiol.Sci 4 (9) ページ: 727-731
  • NAID: 120006576052
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biochemical and functional characterization of BLUF-type flavin-binding proteins of two species of cyanobacteria. (2005)
  • 著者名/発表者名: Okajima, K., Yoshihara, S., Fukushima, Y., Geng, X., Katayama, M., Higashi, S., Watanabe, M., Sato, S., Tabata, S., Shibata, Y., Itoh, S., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: J.Biochem. 137 (6) ページ: 441-450
  • NAID: 10017345702
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Photocycle features of heterologously expressed and assembled eukaryotic flavin-binding BLUF domains of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), a blue-light receptor in Euglena gracilis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., Murakami, A., Sato, K., Nishina, Y., Shiga, K., Takahashi, T., Higashi, S., Iseki, M., Watanabe, M.
  • 雑誌名: Photochem.Photobiol.Sci. 4 (9) ページ: 762-769
  • NAID: 120006576051
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biochemical and functional characterization of BLUF-type flavin- binding proteins of two species of cyanobacteria. (2005)
  • 著者名/発表者名: Okajima K, Yohihara S, Fukushima Y, Geng X, Katayama M, Higashi S, Watanabe M, Sato S, Tabata S, Shibata Y, Itoh S, Ikeuchi M
  • 雑誌名: J.Biochem(Tokyo) 137(6) ページ: 741-750
  • NAID: 10017345702
• [雑誌論文] Kinetic analysisi of the activation of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), a blue-light receptor for photomovemants of Euglena. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa S, Suzuki T, Watanabe M, Iseki M
  • 雑誌名: Photochem.Photobiol.Sci. 4(9) ページ: 727-731
• [雑誌論文] Photocycle features of heterologously expressed and assembled eukaryotic flavin-binding BLUF domains of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), a blue-light receptor in Euglena gracilis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ito S, Murakami A, Sato K, Nishina Y, Shiga K, Takahashi T, Higashi S, Iseki M, Watanabe M
  • 雑誌名: Photochem, Photobiol, Sci 4(9) ページ: 762-769
  • NAID: 120006576051
• [雑誌論文] Kinetic analysis of the activation of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), a blue-light receptor for photomovements of Euglena (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, S., Suzuki, T., Watanabe, M., Iseki M.
  • 雑誌名: Photochem.Photobiol.Sci 4(in press)
  • NAID: 120006576052
• [雑誌論文] Biochemical and functional characterization of BLUF-type flavin-binding proteins of two species of cyanobacteria (2005)
  • 著者名/発表者名: Okajima, K., Yoshihara, S., Fukushima, Y., Geng, X., Katayama, M., Higashi, S., Watanabe, M., Sato, S., Tabata, S., Shibata, Y., Itoh, S., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: J.Biochem (In press)
  • NAID: 10017345702
• [雑誌論文] The origin of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), the Euglena blue-light receptor : phylogenetic analysis of orthologues of PAC subunits from several euglenoids and trypanosome-type adenylyl cyclases from Euglena gracilis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Koumura, Y.
  • 雑誌名: Photochemical ＆ Photobiological Sciences 3 (6) ページ: 580-586
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The origin of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), the Euglena blue-light receptor : phylogenetic analysis of orthologues of PAC subunits from several euglenoids and trypanosome-type adenylyl cyclases from Euglena gracilis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Koumura, Y., Suzuki, T., Yoshikawa, S., Watanabe, M., Iseki, M.
  • 雑誌名: Photochem.Photobiol.Sci. 3 (6) ページ: 580-586
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The origin of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), the Euglena blue-light receptor : phylogenetic analysis of orthologues of PAC subunits from several euglenoids and trypanosome-type adenylyl cyclases from Euglena gracilis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Koumura, Y., Suzuki, T., Yoshikawa, S., Watanabe, M., Iseki, M.
  • 雑誌名: Photochem.Photobiol.Sci. 3 ページ: 580-586
• [雑誌論文] 光応答の分子機構-ミドリムシの光運動反応にかかわる光センサー- (2004)
  • 著者名/発表者名: 伊関峰生, 渡辺正勝
  • 雑誌名: 遺伝 58・6 ページ: 36-41
• [雑誌論文] ミドリムシの光運動反応を観察する (2004)
  • 著者名/発表者名: 伊関峰生, 渡辺正勝
  • 雑誌名: 遺伝 58・6 ページ: 15-18
• [雑誌論文] Photoactivated adenylyl cyclase controls phototaxis in the flagellate Euglena gracilis. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ntefidou, M
  • 雑誌名: Plant Physiology 133 (4) ページ: 1517-1521
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Photoactivated adenylyl cyclase controls phototaxis in the flagellate Euglena gracilis. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ntefidou, M., Iseki, M., Watanabe, M., Lebert, M., Hader, D.P.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 133 (4) ページ: 1517-1521
  • NAID: 120006576053
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] 天然物化学-植物編- (2007)
  • 著者名/発表者名: 山村 庄亮
  • 総ページ数: 446
  • 出版者: アイピーシー
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Flavins -Photochemistry and Photobiology (2006)
  • 著者名/発表者名: Silva, E.
  • 総ページ数: 338
  • 出版者: RSC Publishing
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Flavins : Photochemistry and Photobiology (2006)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M 他(共著)
  • 出版者: RSC Publishing(in press)
• [図書] Handbook of photosensory receptors (2005)
  • 著者名/発表者名: Briggs, W. R.
  • 総ページ数: 473
  • 出版者: Willey-VCN
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Handbook of Photosensory Receptors (共著) (2005)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M., Iseki, M.
  • 総ページ数: 473
  • 出版者: Wiley-VCH
• [文献書誌] Koumura, Yoshiko: "The origin of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), the Euglena blue-light receptor : phylogenetic analysis of orthologues of PAC subunits from several euglenoids and trypanosome-type adenylyl cyclases from Euglena gracilis."Photochemical and Photobiological Sciences. (in press). (2004)
• [文献書誌] Ntefidou, Maria: "Photoactivated adenylyl cyclase controls phototaxis in the flagellate Euglena gracilis."Plant Physiology. 133(4). 1517-1521 (2003)