葉緑体のレドックス代謝を駆動する蛋白質群の弱い分子間相互作用の包括的解析

• 研究課題/領域番号: 24370021
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子生物・生理学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 長谷 俊治 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (00127276)
• 研究分担者: 池上 貴久 横浜市立大学, 生命医学研究科, 教授 (20283939)
• 連携研究者: 栗栖 源嗣 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (90294131)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円); 2015年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2014年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2013年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2012年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 葉緑体 / レドックス代謝 / フェレドキシン / 酸化還元酵素 / 分子間相互作用

研究成果の概要

光合成電子伝達鎖の末端に位置するフェレドキシン（Fd）は、葉緑体の還元同化反応を司る多様な酵素群への電子供与体として働いている。電子授受のパートナーとなる酵素蛋白質群と過渡的な複合体を形成し、分子間電子伝達の速度や収量が優れた生体反応のプロセスに寄与している。この作動原理を理解するために、Fd側 と酵素側にどのようなレドックス特性と蛋白質―蛋白質間相互作用の機能構造要因が備わっているのかを、植物生理学、生化学、構造生物学、生物物理学の観点から明らかにした。得られた知見は、Fdが葉緑体内で多機能の電子伝達蛋白質として生理機能を営むための包括的な理解を与えるものであった。

研究成果

• [国際共同研究] 国立農業研究所(フランス)
• [国際共同研究] ボッフム大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Impact of the disruption of ASN3 encoding asparagine synthetase on Arabidopsis development. (2016)
  • 著者名/発表者名: 1.Gaufichon L., Marmagne A.,Yoneyama T., Hase T., Clément G., Trassaert M., Xu X., Shakiebaei M., Najihi A., and Suzuki A
  • 雑誌名: Agronomy 巻: 6 号: 1 ページ: 12-12
  • DOI: 10.3390/agronomy6010012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural and mutational studies of an electron transfer complex of maize sulfite reductase and ferredoxin (2016)
  • 著者名/発表者名: Ju Yaen Kim, Masato Nakayama, Hiroshi Toyota, Genji Kurisu, Toshiharu Hase
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 未定 号: 2 ページ: 101-109
  • DOI: 10.1093/jb/mvw016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Purification and characterization of recombinant sugarcane sucrose phosphate synthase expressed in E. coli and insect Sf9 cells: An importance of the N-terminal domain for an allosteric regulatory property (2016)
  • 著者名/発表者名: Sawitri W.D., Narita H., Ishizaka-Ikeda E., Sugiharto B., Hase T., and Nakagawa A
  • 雑誌名: J. Biochemistry 巻: in press 号: 6 ページ: 599-607
  • DOI: 10.1093/jb/mvw004
  • NAID: 40020869410
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] X-ray Structure and Nuclear Magnetic Resonance Analysis of the Interaction Sites of the Ga-Substituted Cyanobacterial Ferredoxin (2015)
  • 著者名/発表者名: Mutoh Risa, Muraki Norifumi, Shinmura Kanako, Kubota-Kawai Hisako, Lee Young-Ho, Marc M. Nowaczyk, Matthias Rögner, Hase Toshiharu, Ikegami Takahisa, Kurisu Genji
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 54 号: 39 ページ: 6052-6061
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b00601
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 15N-tracing studies on in vivo reactions of ferredoxin-dependent nitrite reductase and glutamate synthase using reconstituted electron donation systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama T., Fujimori T., Yanagisawa S., Hase T., and Suzuki A.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple Complexes of Nitrogen Assimilatory Enzymes in Spinach Chloroplasts: Possible Mechanisms for the Regulation of Enzyme Function (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimata-Ariga Y. and Hase T
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Design and synthesis of chalcon derivatives as inhibitors of the ferredoxin – ferredoxin-NADP+ reductase interaction of Plasmodium falciparum (2014)
  • 著者名/発表者名: Suwito H., Jumina, Mustofa, Pudjiastuti P., Fanani M.Z., Kimata-Ariga,Y., Kathira R., Kawakami T., Fujiwara T., Hase, T., Sirat H.M., and Puspaningsih N.N.T.
  • 雑誌名: Molecules 巻: 19 号: 12 ページ: 21473-21488
  • DOI: 10.3390/molecules191221473
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concentration-dependent oligomerization of cross-linked complexes between ferredoxin and ferredoxin-NADP+ reductase (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoko Kimata-Ariga, Hisako Kubota-Kawai, Young-Ho Lee, Norifumi Muraki, Takahisa Ikegami, Genji Kurisu, Toshiharu Hase
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: in press 号: 4 ページ: 867-872
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.04.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arabidopsis thaliana ASN2 encoding asparagine synthetase is involved in the control of nitrogen assimilation and export during vegetative growth (2013)
  • 著者名/発表者名: Gaufichon L.
  • 雑誌名: Plant Cell Environment 巻: 36 号: 2 ページ: 328-342
  • DOI: 10.1111/j.1365-3040.2012.02576.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concentration-dependent oligomerization of cross-linked complexes between nごrredoxin and ferredoxin-NADP+ reductase (2013)
  • 著者名/発表者名: Kimala-Ariga Y.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cloning, expression, crystallization and preliminary X-ray studies of the ferredoxin-NAD(P)+reductase from the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus BP-1. (2012)
  • 著者名/発表者名: Liauw P, Mashiba T, Kopczak M, Wiegand K, Muraki N, Kubota H, Kawano Y, Ikeuchi M, Hase T, Rogner M, Kurisu G.
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F 巻: 68 号: 9 ページ: 1048-1051
  • DOI: 10.1107/s1744309112031910
  • 査読あり
• [雑誌論文] N-terminal structure of maize ferredoxin : NADP+ reductase determines recruitment into different thylakoid membrane complexes. (2012)
  • 著者名/発表者名: Twachtmann M, Altmann B, Muraki N, Voss l, Okutani S, Kurisu G, Hase T, Hanke GT.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 24(7) 号: 7 ページ: 2979-2991
  • DOI: 10.1105/tpc.111.094532
  • 査読あり
• [学会発表] 植物FdとFd依存性酵素群の複合体構造からみた鉄硫黄蛋白質の電子伝達特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長谷俊治、金宙妍、筑摩悠太郎、有賀(木股)洋子
  • 学会等名: BMB2051
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] Modulation of protein-protein interaction of Fd and Fd-dependent enzymes (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Hase, Ju Yaen Kim, Yutaro Chikuma and Yoko Ariga
  • 学会等名: 第68回山田コンファレンス
  • 発表場所: 奈良市、公会堂
  • 年月日: 2015-10-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Our understanding of molecular mechanism of protein-protein interaction between Fd and redox enzymes in plant photosyntdhesis (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Hase
  • 学会等名: Molecular and Cellular Life Sciences: Infectious deseases, biochemistry and structrual biology, MCLS2015
  • 発表場所: Surabaya, Indonesia
  • 年月日: 2015-05-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New factor modulating activity of ferredoxin:NADPH reductase in chloroplast (2015)
  • 著者名/発表者名: Chikuma Y, Ariga Y, Hanke GT, Hase T
  • 学会等名: 第56回日本植物生化学会
  • 発表場所: 東京農業大学、世田谷キャンパス
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Study on FdC2, a ferredoxin homologue ubiquitously present in oxygenic photosynthetic organisms (2015)
  • 著者名/発表者名: OK, Ariga Y, Hanke GT, Hase T
  • 学会等名: 第56回日本植物生化学会
  • 発表場所: 東京農業大学、世田谷キャンパス
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Structural studies on the transient electron transfer complex between cyanobacterial Fd and Fd-GOGAT (2014)
  • 著者名/発表者名: 新村 佳奈子, 村木 則文, 吉田 綾子1, 長谷 俊治,栗栖 源嗣
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] Ferredoxinとferredoxin-NADP+ reductaseの複合体形成における疎水性相互作用の役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木下 岬, 李 映昊, 後藤 祐児, 長谷 俊治, 有賀(木股) 洋子
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] 葉緑体における窒素同化系酵素群の高分子量複合体形成とそのダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 有賀（木股） 洋子, 長谷 俊治
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] ヒトマラリア原虫のフェレドキシンとフェレドキシン:NADP+酸化還元酵素間の相互作用について (2014)
  • 著者名/発表者名: 湯浅 翔平, 長谷 俊治, 有賀（木股） 洋子
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] Study on a hydrophobic and non-charged interaction between sulfite reductase and ferredoxin (2014)
  • 著者名/発表者名: 金 宙妍, 弘中 祐介, 李 映昊, 栗栖 源嗣, 長谷 俊治
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] Structure of an electron transfer complex of ferredoxin and sulfite reductase and analysis of their molecular interaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Ju Yaen Kim, Takahisa Ikegami, Yuji Goto, Toshiharu Hase and Young-Ho Lee
  • 学会等名: 9th international workshop, Sulfur metabolism in plants
  • 発表場所: Freiburg, Germany
  • 年月日: 2014-04-14 – 2014-04-17
• [学会発表] ピリジンヌクレオチドにより調整されるフェレドキシンとフェレドキシン:ＮＡＤＰ+還元酵素の分子間相互作用について (2013)
  • 著者名/発表者名: 筑摩悠太郎、李映昊、有賀洋子、池上貴久、後藤祐児、長谷俊治
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 植物グルタミン合成酵素のグルタミン酸認識と基質類縁体の阻害力に異なる影響をもたらす部位特異的変異酵素について (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾崎健、楠木正巳、中川敦史、長谷俊治
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] Intermolecular electrostatic intereaction between ferredoxin and sulfite reductase studied by isothermal titration calorimetry and nuclear magnetic resonace (2013)
  • 著者名/発表者名: Ｊ．Ｙ．Ｋｉｍ， Ｙ－Ｈ． Ｌｅｅ， Ｔ．Ｉｋｅｇａｍｉ， Ｇ．Ｋｕｒｉｓｕ， Ｙ．Ｇｏｔｏ， Ｔ．Ｈａｓｅ
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 植物亜硫酸還元酵素に見出されるTyr-Cys分子内架橋の構造機能相関について (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤田和也
  • 学会等名: 第85回日本生化学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2012-12-15
• [学会発表] フェレドキシンと亜硫酸還元酵素の電子伝達複合体の構造と分子間相互作用の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金宙妍
  • 学会等名: 第85回日本生化学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2012-12-15
• [学会発表] シアノバクテリア亜硝酸還元酵素の大腸菌発現系で生じる2成分の組換え酵素について (2012)
  • 著者名/発表者名: 弘中祐介
  • 学会等名: 第85回日本生化学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2012-12-15
• [学会発表] フェレドキシンとその依存性酵素SiRtoFNRへの電子伝達様式の差異を生み出す43Serの1アミノ酸置換による解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木下岬
  • 学会等名: 第85回日本生化学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2012-12-15