チオレドキシンを介した光合成電子伝達依存的な転写制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15K07096
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 日原 由香子 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60323375)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 転写制御 / レドックス制御 / シアノバクテリア / 光合成 / チオレドキシン / 環境応答 / 転写因子 / シグナル伝達 / 光合成電子伝達

研究成果の概要

本研究では、シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803において、調節タンパク質チオレドキシンとの相互作用が検出され、光合成活性に依存して働くと考えられる転写因子のうち、RpaBとSll1961について個別解析を行った。RpaBについては全ゲノムレベルで標的遺伝子を同定し、および光合成電子伝達鎖のレドックス状態がRpaBのDNA結合活性に及ぼす影響を明らかにした。Sll1961については、システイン残基のレドックス状態変化とチオレドキシンとの相互作用機構、およびRNA-seq解析結果を用いての標的遺伝子の同定に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、チオレドキシンとの相互作用により、光合成に依存して働くと考えられる２つの転写因子RpaBとSll1961について、その標的遺伝子および活性制御機構の一端を明らかにした。光合成に依存した遺伝子発現制御のメカニズムは、シアノバクテリアのみならず、他の光合成生物においても未解明な部分が多く、本研究で得られた成果は、転写レベルで環境応答を調節する応用技術につながるなど、植物科学全体の発展に貢献すると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] University of Freiburg(ドイツ)
• [雑誌論文] Biocomputational analyses and experimental validation identify the complex regulon controlled by the redox-responsive transcription factor RpaB. (2019)
  • 著者名/発表者名: Riediger M, Kadowaki T, Nagayama R, Georg G, Hihara Y, Hess WR
  • 雑誌名: iScience 巻: 印刷中 ページ: 316-331
  • DOI: 10.1016/j.isci.2019.04.033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction of the GntR-family transcription factor Sll1961 with thioredoxin in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kujirai, J., Nanba, S., Kadowaki, T., Oka, Y., Nishiyama, Y., Hayashi, Y., Arai, M. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 6666-6666
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25077-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of inactivation of the cyAbrB2 transcription factor together with glycogen synthesis on cellular metabolism and free fatty acid production in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuta Kodama, Akihito Kawahara, Atsuko Miyagi, Toshiki Ishikawa, Maki Kawai-Yamada, Yasuko Kaneko, Yasushi Takimura and Yukako Hihara
  • 雑誌名: Biotechnology and Bioengineering 巻: 115 号: 12 ページ: 2974-2985
  • DOI: 10.1002/bit.26842
  • 査読あり
• [雑誌論文] From cyanobacteria and algae to land plants: The RpaB/Ycf27 regulatory network in transition. (2018)
  • 著者名/発表者名: Riediger M, Hihara Y, Hess WR
  • 雑誌名: Perspectives in Phycology 巻: 5 号: 1 ページ: 13-25
  • DOI: 10.1127/pip/2018/0078
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oxidation of Translation Factor EF-Tu Inhibits the Repair of Photosystem II. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jimbo H, Yutthanasirikul R, Nagano T, Hisabori T, Hihara Y, Nishiyama Y
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 176 号: 4 ページ: 2691-2699
  • DOI: 10.1104/pp.18.00037
  • 査読あり
• [雑誌論文] A feed-forward loop consisting of the response regulator RpaB and the small RNA PsrR1 controls light acclimation of photosystem I gene expression in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kadowaki, T., Nagayama, R., Georg, J., Nishiyama, Y., Wilde, A., Hess, W. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 57(4) 号: 4 ページ: 813-23
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw028
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Free fatty acid production in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 is enhanced by deletion of the cyAbrB2 transcriptional regulator. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawahara A, Sato Y, Saito Y, Kaneko Y, Takimura Y, Hagihara H, Hihara Y.
  • 雑誌名: Journal of Biotechnology 巻: 220 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2015.12.035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptional and posttranscriptional regulation of cyanobacterial photosynthesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Wilde A, Hihara Y.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta 巻: 1857 号: 3 ページ: 296-308
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2015.11.002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] RNA-seq Profiling Reveals Novel Target Genes of LexA in the Cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kizawa A, Kawahara A, Takimura Y, Nishiyama Y, Hihara Y.
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 7 ページ: 193-193
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.00193
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of OmpR-family response regulators interacting with thioredoxin in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kadowaki, T., Nishiyama, Y., Hisabori, T. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: PLos One 巻: 10(3) 号: 3 ページ: e0119107-e0119107
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0119107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of spontaneous suppressor mutants from the photomixotrophically-grown pmgA-disrupted mutant in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishijima, Y., Kanesaki, Y., Yoshikawa, H., Ogawa, T., Sonoike, K., Nishiyama, Y. and Hihara, Y.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: - 号: 2-3 ページ: 465-475
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0143-8
  • 査読あり
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803におけるGntR型転写因子Sll1961の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 難波 理、鯨井 純一、門脇 太朗、岡 芳樹、西山 佳孝、林 勇樹、新井 宗仁、日原 由香子
  • 学会等名: 第17回微生物研究会
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803 における GntR型転写因子Sll1961の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 難波 理 、鯨井 純一、岡 芳樹、林 勇樹、新井 宗仁 、園池 公毅、 日原 由香子
  • 学会等名: 第13回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] Identification of transcription factors interacting with thioredoxin in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yukako Hihara
  • 学会等名: CLS, Tokyo Tech. International Forum 2018 "Redox regulation of protein functions, transcription, translation and folding
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803ゲノムに おける転写因子RpaB標的遺伝子の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 永山竜太、門脇太朗、Matthias Riediger、Wolfgang Hess、日原由香子
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 転写制御因子のレドックス制御 －vitroから vivoへの遠い道のり－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 日原由香子
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2017
  • 招待講演
• [学会発表] A feed-forward loop consisting of the response regulator RpaB and the small RNA PsrR1 controls light acclimation of photosystem I gene expression in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yukako Hihara
  • 学会等名: 7th International Conference Photosynthesis Research for Sustainability - 2016
  • 発表場所: ロシア・Pushchino
  • 年月日: 2016-06-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 転写因子RpaBと低分子RNA PsrR1による光化学系Ⅰ遺伝子の発現制御 -Feed-Forward Loopの形成- (2016)
  • 著者名/発表者名: 門脇太朗、永山竜太、Jens Georg、Annegret Wilde、Wolfgang R.Hess、日原由香子
  • 学会等名: 第7回日本光合成学会
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス
  • 年月日: 2016-05-27
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC6803におけるRpaB/PsrR1システムによ る光化学系I遺伝子の強光応答の二元的制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 永山竜太、門脇太朗、Jens Georg、Annegret Wilde、Wolfgang Hess、日原由香子
  • 学会等名: 日本植物生理学会第57回大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803における転写因子 Sll1961とチオレドキシンとの相互作用解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鯨井純一、門脇太朗、新井宗仁、久堀徹、日原由香子
  • 学会等名: 日本植物生理学会第57回大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Photosynthesis-dependent transcriptional regulation in cyanobacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Yukako Hihara
  • 学会等名: 15th International Symposium on Photosynthetic Prokaryotes
  • 発表場所: チュービンゲン大学（ドイツ）
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Elucidation of mechanisms of transcriptional regulation dependent on thioredoxin in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2015)
  • 著者名/発表者名: Taro Kadowaki, Yoshitaka Nishiyama, Toru Hisabori, Yukako Hihara
  • 学会等名: 15th International Symposium on Photosynthetic Prokaryotes
  • 発表場所: チュービンゲン大学（ドイツ）
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] Synechocystis sp.PCC 6803 における光化学系Ⅰ遺伝子の強光応答の二元的制御システム (2015)
  • 著者名/発表者名: 永山竜太、門脇太朗、日原由香子
  • 学会等名: 第6回日本光合成学会
  • 発表場所: 岡山国際交流センター（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-05-22
• [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp.PCC 6803 におけるチオレドキシンと相互作用する転写因子の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 門脇太朗、西山佳孝、久堀徹、日原由香子
  • 学会等名: 第6回日本光合成学会
  • 発表場所: 岡山国際交流センター（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-05-22