光合成の酸化ストレス傷害とその防御の分子機構

• 研究課題/領域番号: 17570040
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 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: 愛媛大学
• 研究代表者: 西山 佳孝 愛媛大学, 無細胞生命科学工学研究センター, 助教授 (30281588)
• 研究分担者: 戸澤 譲 (戸澤 讓) 愛媛大学, 無細胞生命科学工学研究センター, 教授 (90363267)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 2006年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 2005年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: 光合成 / 光化学系II / 修復 / 酸化ストレス / タンパク質合成 / エロンゲーションファクター / 無細胞タンパク質合成系 / ラン藻

研究概要

光合成は酸化ストレスに対してきわめて感受性が高い。これまでその原因は、活性酸素による光化学系IIの損傷だとされてきたが、研究代表者は、活性酸素による光化学系IIの修復阻害であることを明らかにした。さらに、活性酸素が修復に必要なタンパク質の新規合成を翻訳のペプチド鎖伸長過程で阻害することを明らかにした。本研究では、ペプチド鎖伸長反応に関わる翻訳因子Elongation factor G (EF-G)に焦点を絞り、活性酸素によるタンパク質合成の阻害のメカニズムの解明とタンパク質合成系の改変による酸化ストレス耐性の向上を目指した。
ラン藻Synechocystis sp. PCC 6803からin vitro翻訳系を調製し、活性酸素によるタンパク質合成の阻害とEF-Gの酸化との関係を生化学的に解析した。あらかじめ過酸化水素で阻害しておいたin vitro翻訳系に還元型のEF-Gタンパク質を添加することによって翻訳活性が回復した。この結果から、EF-Gの酸化がタンパク質合成阻害の要因になっていることが示唆された。
さらに、EF-GのCys残基をSerに改変した組み換えタンパク質を解析することにより、EF-Gの酸化が特定のCys残基のジスルフィド結合の形成に由来し、そのジスルフィド結合はチオレドキシンにより還元されることが明らかになった。このことにより、チオレドキシンからEF-Gへ至るレドックスシグナルの存在と、活性酸素によるレドックス制御の妨害が示唆された。
別種のラン藻Synechococcus sp. PCC 7942でEF-Gを過剰発現させた。過剰発現株ではタンパク質合成の酸化ストレス耐性および光化学系IIの光阻害に対する耐性が増大していた。したがって、タンパク質合成系を改変することにより、酸化ストレス耐性を向上させる可能性を示すことができた。

研究成果

• [雑誌論文] Photoinhibition of photosystem II under environmental stress. (2007)
  • 著者名/発表者名: Murata, N. et al.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta (印刷中)
• [雑誌論文] The rpoH gene encoding heat shock factor δ^<32> of psychrophilic bacterium Colwellia maris. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, S. et al.
  • 雑誌名: Extremophiles 10 ページ: 149-158
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Very strong UV-A light temporally separates the photoinhibition of photosystem II into light-induced inactivation and repair. (2006)
  • 著者名/発表者名: Zsiros, O. et al.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 1757 ページ: 123-129
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A new paradigm for the action of reactive oxygen species in the photoinhibition of photosystem II. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y. et al.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 1757 ページ: 742-749
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Acclimation of photosystem II to high temperature in a suspension culture of soybean (Glycine max) cells requires proteins that are associated with the thylakoid membranes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y. et al.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 90 ページ: 223-232
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Photoinhibition of photosystem II under environmental stress. (2006)
  • 著者名/発表者名: Murata, N. et al.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The rpoH gene encoding heat shock factor δ32 of psychrophilic bacterium Colwellia maris. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, S., Okuyama, H., Nishiyama, Y., Hayashi, H.
  • 雑誌名: Extremophiles 10 ページ: 149-158
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Very strong UV-A light temporally separates the photoinhibition of photosystem II into light-induced inactivation and repair. (2006)
  • 著者名/発表者名: Zsiros, O., Allakhverdiev, S.I., Higashi, S, Watanabe, M., Nishiyama, Y., Murata, N.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 1757 ページ: 123-129
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Acclimation of photosystem II to high temperature in a suspension culture of soybean (Glycine max) cells requires proteins that are associated with the thylakoid membranes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y., Takechi, K., Nanjo, Y., Murata, N., Hayashi, H.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 90 ページ: 223-232
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A new paradigm for the action of reactive oxygen species in the photoinhibition of photosystem II. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y., Allakhverdiev, S.I., Murata, N.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 1757 ページ: 742-749
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Regulation by environmental conditions of the repair of photosystem II in cyanobacteria. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y., Allakhverdiev, S.I., Murata, N.
  • 雑誌名: Advances in Photosynthesis and Respiration : Photoprotection, Photoinhibition, Gene Regulation and Environment (Springer) ページ: 193-203
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Photoinhibition of photosystem II under environmental stress. (2006)
  • 著者名/発表者名: Murata, N., Takahashi, S., Nishiyama, Y., Allakhverdiev, S.I.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Acclimation of photosystem ll to high temperature in a suspension culture of soybean(Glycine max)cells requires proteins that are associated with the thylakoid membranes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y. et al.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 90 ページ: 223-232
• [雑誌論文] The rpoH gene encoding heat shock factor δ^<32> of psychrophilic bacterium Colwellia maris. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, S. et al.
  • 雑誌名: Extremophiles (印刷中)
• [雑誌論文] Very strong UV-A light temporally separates the photoinhibition of photosystem II into light-induced inactivation and repair. (2006)
  • 著者名/発表者名: Zsiros, O. et al.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta 1757 ページ: 123-129
• [雑誌論文] Inhibition of the repair of photosystem II by oxidative stress in cyanobacteria. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y. et al.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 84 ページ: 1-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Systematic characterization of the ADP-ribose pyrophosphatase family in the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803. (2005)
  • 著者名/発表者名: Okuda, K. et al.
  • 雑誌名: J. Bacteriol. 187 ページ: 4984-4991
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Systematic analysis of the relation of electron transport and ATP synthesis to the photodamage and repair of photosystem II in Synechocystis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Allakhverdiev, S.I. et al.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 137 ページ: 263-273
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The two-step mechanism of photodamage to photosystem II : Step one occurs at the oxygen-evolving complex and step two occurs at the photochemical reaction center. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi, N. et al.
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 8494-8499
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Inhibition of the repair of photosystem II by oxidative stress in cyanobacteria. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y., Allakhverdiev, S.I., Murata, N.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 84 ページ: 1-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Systematic characterization of the ADP-ribose pyrophosphatase family in the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803. (2005)
  • 著者名/発表者名: Okuda, K., Hayashi, H., Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 187 ページ: 4984-4991
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Systematic analysis of the relation of electron transport and ATP synthesis to the photodamage and repair of photosystem II in Synechocystis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Allakhverdiev, S.I., Nishiyama, Y., Takahashi, S., Miyairi, S., Suzuki, I., Murata, N.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 137 ページ: 263-273
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The two-step mechanism of photodamage to photosystem II : Step one occurs at the oxygen-evolving complex and step two occurs at the photochemical reaction center. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi, N., Allakhverdiev, S.I., Takahashi, S., Higashi, S., Watanabe, M., Nishiyama, Y., Murata, N.
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 8494-8499
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Inhibition of the repair of photosystem II by oxidative stress in cyanobacteria. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y. et al.
  • 雑誌名: Photosynth.Res. 84 ページ: 1-7
• [雑誌論文] Systematic characterization of the ADP-ribose pyrophosphatase family in the cyanobacterium Synechocystis sp.strain PCC 6803. (2005)
  • 著者名/発表者名: Okuda, K. et al.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 187 ページ: 4984-4991
• [雑誌論文] Systematic analysis of the relation of electron transport and ATP synthesis to the photodamage and repair of photosystem II in Synechocystis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Allakhverdiev, S.I. et al.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 187 ページ: 263-278
• [図書] Regulation by environmental conditions of the repair of photosystem II in cyanobacteria. In Advances in Photosynthesis and Respiration (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y. et al.
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Regulation by environmental conditions of the repair of photosystem II in cyanobacteria. In Advances in Photosynthesis and Respiration (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y. et al.
  • 出版者: Springer