光化学系I光阻害におけるタンパク質品質管理機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18K06290
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 摂南大学 (2020); 岡山大学 (2018-2019)
• 研究代表者: 加藤 裕介 摂南大学, 農学部, 講師 (10437569)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 葉緑体 / チラコイド膜 / 光阻害 / タンパク質品質管理 / 光合成 / タンパク質分解 / 光化学系 / FtsH / 光化学系I

研究成果の概要

光合成において、光を利用する光化学系複合体では光による損傷が起きている。複合体の損傷は光合成機能の低下(光阻害)を引き起こす要因であることから、光損傷のメカニズムを知ることは重要である。これまで多くの研究されてきた光化学系IIに対し、光化学系Iの損傷については未解明な点が多い。そこで本研究では光化学系Iの損傷に注目し、解析を進めた。その結果、光化学系Iの鉄-硫黄クラスター周辺の特定タンパク質で光損傷時にプロテアーゼによる速やかな分解が起きていること、これらタンパク質のTrpやMetに酸化修飾が起きていることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光合成は植物の生長を支えるが、一方で光によるストレスが光合成装置(光合成タンパク質複合体)を損傷している。本研究では光化学系Iの光損傷、その損傷によるタンパク質の傷害のメカニズムを研究し、特定タンパク質が光損傷のターゲットである可能性を見出した。この成果から、多様な光ストレス環境で生きる植物の仕組みを理解し、活用することで、環境ストレス耐性の付与、作物の生育促進といった応用研究の基盤となると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Shanghai Center for Plant Stress Biology(中国)
• [国際共同研究] Institut de Biologie Physico-Chimique(フランス)
• [雑誌論文] Phos-tag-based approach to study protein phosphorylation in the thylakoid membrane (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishioka Keiji、Kato Yusuke、Ozawa Shin-ichiro、Takahashi Yuichiro、Sakamoto Wataru
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 147 号: 1 ページ: 107-124
  • DOI: 10.1007/s11120-020-00803-1
  • NAID: 120006953502
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impaired PSII proteostasis promotes retrograde signaling via salicylic acid. (2019)
  • 著者名/発表者名: Duan J, Lee KP, Dogra V, Zhang S, Liu K, Caceres-Moreno C, Lv S, Xing W, Kato Y, Sakamoto W, Liu R, Macho AP, Kim C.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 180 号: 4 ページ: 2182-2197
  • DOI: 10.1104/pp.19.00483
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phosphorylation of the Chloroplastic Metalloprotease FtsH in Arabidopsis Characterized by Phos-Tag SDS-PAGE. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kato Y, Sakamoto W.
  • 雑誌名: Front Plant Sci. 巻: 10 ページ: 1080-1080
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.01080
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Targeted proteome analysis of microalgae under high-light conditions by optimized protein extraction of photosynthetic organisms. (2019)
  • 著者名/発表者名: Toyoshima, M., Sakata, M., Ohnishi, K., Tokumaru, Y., Kato, Y., Tokutsu, R., Sakamoto, W., Minagawa, J., Matsuda, F., Shimizu, H.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 127 号: 3 ページ: 394-402
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.09.001
  • NAID: 40021846292
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Photosystem II Repair Cycle Requires FtsH Turnover through the EngA GTPase (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Hyodo, K., Sakamoto, W.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 178 号: 2 ページ: 596-611
  • DOI: 10.1104/pp.18.00652
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] FtsH protease in the thylakoid membrane: physiological functions and the regulation of protease activity (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y. and Sakamoto, W.
  • 雑誌名: Frontiers Plant Sci. 巻: 9 ページ: 855-855
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.00855
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure and molecular characterization of diadenosine polyphosphate hydrolase in brachypodium distachyon (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Iamshchikov, I., Kato, Y., Sabirov, R., Gusev, O., Sakamoto, W. and Sugimoto, M.
  • 雑誌名: J. Plant Biochem. Physiol. 巻: 6 号: 03 ページ: 220-220
  • DOI: 10.4172/2329-9029.1000220
  • 査読あり
• [学会発表] Degradation of photo-damaged D1 in the PSII repair and FtsH (2019)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y. and Sakamoto, W.
  • 学会等名: Japan-America Seminar
  • 国際学会
• [学会発表] FtsH and D1 degradation in PSII repair cycle (2019)
  • 著者名/発表者名: Kato Y
  • 学会等名: International Symposium -Photosynthesis Research for the Future
  • 国際学会
• [学会発表] 光化学系II 修復サイクル におけるD1 タンパク質の酸化修飾の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤裕介・Dogra Vivek・Li Mingyue・黒田洋詩・高橋裕一郎・Kim Chanhong・坂本 亘
  • 学会等名: 第60 回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Phos-tag を用いたチラコイド膜におけるリン酸化タンパ ク質の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西岡佳司・加藤裕介・小澤真一郎・高橋裕一郎・坂本 亘
  • 学会等名: 第60 回日本植物生理学会年会
• [学会発表] D1 タ ンパク質の酸化修飾がFtsH による基質認識につながる可能性． (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤裕介・Vivek Dogra・Mingyue Li・黒田洋詩・高橋裕一郎・斉藤圭亮・石北 央・Chanhong Kim・坂本 亘
  • 学会等名: 第10 回日本光合成学会年会
• [学会発表] Regulation of FtsH function and proper FtsH turnover in the PSII repair cycle (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Hyodo, K. and Sakamoto, W.
  • 学会等名: 1st Asia-Oceania International Congress on Photosynthesis.
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of FtsH function in Photosystem II repair cycle (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y. and Sakamoto, W.
  • 学会等名: Japan-Finland Seminar 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Chloroplast protein degradation and beyond: FtsH and a possible peptide export. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, W., Nishimura, K. and Kato, Y.
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Biogenesis
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of oxidative post-translational modification in PSII repair. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Dogra, V., Li, M., Kuroda, H., Takahashi, Y., Kim, C. and Sakamoto, W
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Biogenesis
  • 国際学会
• [学会発表] Loss-of-function mutants of LHCI subunits exhibit increased chlorophyll accumulation in rice (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamatani, H., Takami, T., Kato, Y., Tanaka, A., Sakamoto, W., Kusaba, M
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Biogenesis
  • 国際学会
• [学会発表] Large-scale analysis of protein phosphorylation in thylakoid membranes using Phos-tag (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishioka, K., Kato, Y., Ozawa, S.I., Takahashi, Y. and Sakamoto, W
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Biogenesis
  • 国際学会
• [学会発表] 光化学系II修復サイクルとFtsHプロテアーゼ自身の品質管理の重要性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤 裕介・兵頭 究・坂本亘
  • 学会等名: 第9回日本光合成学会年会
• [学会発表] 分割された葉緑体ゲノムを持つ葉緑体形質転換タバコの特徴づけと転写・翻訳物の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 植村 香織・高見 常明・加藤 裕介・坂本 亘・寺地 徹
  • 学会等名: 日本育種学会 第134回講演会
• [学会発表] 光化学系II修復サイクルにおけるD1タンパク質の酸化修飾の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤裕介, Dogra Vivek, Li Mingyue, 黒田洋詩, 高橋裕一郎, Kim Chanhong, 坂本亘
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Phos-tagを用いたチラコイド膜におけるリン酸化タンパク質の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西岡佳司, 加藤裕介, 小澤真一郎, 高橋裕一郎, 坂本亘
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会