| 研究課題/領域番号 |
21H02502
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分44030:植物分子および生理科学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
久堀 徹 東京工業大学, 国際先駆研究機構, 特任教授 (40181094)
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| 研究分担者 |
吉田 啓亮 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40632310)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | レドックス制御 / チオレドキシン / システイン / グルタチオン / 光合成電子伝達系 / ATP合成酵素 / 光合成電子伝達 / 酸化因子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光合成生物は、環境の変化に対して光合成電子伝達系から供給される還元力を利用して諸酵素の酸化還元状態を制御し代謝調節を行っている。しかし、これまでin vitroの生化学的解析が生体内の酸化還元物質の影響を考慮していないことや、酸化還元状態変化以外のCysのチオール基の修飾がほとんど調べられていないことなどにより、生体内での制御の実態は未解明であった。そこで、レドックス制御系に関わるチオール基の変化を、生体内を模した条件下で調べ、レドックス制御系のin situでの働きを総合的に理解する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、光合成生物が、環境条件の変化に対して光合成反応を巧みにコントロールすることで「レドックス恒常性」を維持するレドックス制御システムの包括的な理解を目指している。レドックス制御システムは、光合成電子伝達系から供給される還元力を利用して特定のタンパク質のシステイン残基（Cys）の酸化還元状態を制御し代謝調節を行って
いる。これまでの研究でその全体像は明らかになりつつあるが、いまだにin vitro研究とin vivo研究の結果が、必ずしも一致しない。その主な原因は、in vitroの生化学的解析が生体内の酸化還元物質の影響を考慮していないこと、および、酸化還元状態変化以外のCysのチオール基の修飾がほとんど調べられていないことによる。本研究では、レドックス制御系の電子の流れと鍵となるCysチオール基の状態変化を、生体内を模した条件下で系統的に調べ、レドックス制御系がin situでどのように働くのかを総合的に理解することを目指した。研究初年度は、生体内の重要な酸化還元物質であるグルタチオンの影響を調べたが、レドックス制御システムと被制御タンパク質の相互作用に対する影響を明確に示す結果は得られなかった。
そこで、当研究室で酸化因子であることを同定したタンパク質の生理的な働きの解析に注力し、レドックス制御システムの標的タンパク質の暗所での酸化に働く酸化因子に標的特異性があること、酸化因子のうち、ACHTが過剰な光エネルギーの散逸システムであるNPQに密接にかかわること、この制御システムの還元側と酸化側のバランスが植物の代謝の維持に重要であることを見出した。また、還元側の特異性の決定因子を明らかにするため、標的タンパク質の葉緑体内の局在性を人為的に操作し、還元効率の変化を調べた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
レドックス制御システムに影響する生体内の小分子の影響の評価については、研究の進捗が見られなかった一方で、タンパク質側の解析については、十分な成果が上がっており、研究計画全体はおおむね順調に進展していると判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き、葉緑体内の酸化還元状態の決定因子であるグルタチオンがレドックス制御システムを構成するタンパク質の相互作用に与える影響を調べる。
また、当研究室で見出した酸化因子の働きについて、生理学と生化学レベルで細胞内挙動の解明を行う。
当研究室でこれまで開発した細胞内の酸化還元レベルをモニターする蛍光型および発光型センサータンパク質を光合成生物の細胞内、あるいは、葉緑体内に導入し、環境条件の変化に伴う細胞内レドックス状態の変化のリアルタイムモニタリングを実現する。また、レドックス制御システムの重要な標的の一つである葉緑体ATP合成酵素のレドックス制御の分子機構を解明する。
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