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高い水素発生活性を実現する[FeFe]型ヒドロゲナーゼの構造デザイン

公募研究

研究領域人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換:実用化に向けての異分野融合
研究課題/領域番号 15H00886
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関立命館大学

研究代表者

浅井 智広  立命館大学, 生命科学部, 助教 (70706564)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードヒドロゲナーゼ / Hクラスター / 嫌気 / 緑色硫黄細菌 / Chlorobaculum tepidum / コドン最適化 / 光合成水素生産 / HydA1 / 水素発生 / [FeFe]ヒドロゲナーゼ / GFP / 二次構造形成
研究実績の概要

緑藻Chlamydomonas reinhardtiiの[FeFe]ヒドロゲナーゼHydA1 は、コンパクトで有りながら非常に高い水素発生活性をもつ酵素として知られているが、活性中心であるHクラスターの形成と保持に厳密に嫌気的な環境を必要とし、生化学的な解析や応用研究が困難である。本研究課題では、酸素分圧1 ppm 以下の嫌気環境でのタンパク質生産を容易に実現できる、絶対嫌気性の光合成細菌Chlorobaculum tepidumの外来遺伝子発現系を利用し、高い水素発生活性を保持したHydA1の大量生産系を確立することを主な目的としていた。
28年度までの研究により、C. tepidumにおいて高レベルのタンパク質発現は遺伝子のN末端領域の塩基配列に強く依存することを明らかにした。29年度はこの研究成果を利用し、Hクラスター形成に必要な成熟化タンパク質であるHydE、HydF、HydGのHydA1との高レベル共発現を試みた。全長にわたるコドン使用頻度の最適化と、N末端に付加するアフィニティータグの塩基配列を検討した結果、Strepタグ付きの遺伝子の導入によってC. tepidum内でHydEFGを高発現できることがわかった。HydA1と共発現させた結果、ほぼ全てのHydA1にHクラスターを保持させることに成功した。
驚くべきことに、HydA1とHydEFGのC. tepidum共発現株は、培養中に光依存的に水素ガスを発生させていることがわかった。HydA1は本来、光合成伝達系で働くフェレドキシンPetFをプロトン還元の電子供与体としているが、その分子認識は厳密ではなく、C. tepidumの細胞内では別の電子供与体が機能している可能性が示唆された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 9件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] 酸素発生型光合成の成立過程とその実証方法の再考2016

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広, 塚谷 祐介
    • 雑誌名

      光合成研究

      巻: 26 ページ: 43-58

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Orientations of Iron-Sulfur Clusters FA and FB in the Homodimeric Type-I Photosynthetic Reaction Center of Heliobacterium modesticaldum2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kondo, M. Matsuoka, C. Azai, S. Itoh, H. Oh-oka
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 120 号: 18 ページ: 4204-4212

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b01112

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mutation-induced perturbation of the special pair P840 in the homodimeric reaction center in green sulfur bacteria2016

    • 著者名/発表者名
      C. Azai, Y. Sano, Y. Kato, T. Noguchi and H. Oh-oka
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: ー 号: 1 ページ: 19878-19878

    • DOI

      10.1038/srep19878

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 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] Menaquinone as the secondary electron acceptor in the type I homodimeric photosynthetic reaction center of Heliobacterium modesticaldum2015

    • 著者名/発表者名
      T. Kondo, S. Itoh, M. Matsuoka, C. Azai and H. Oh-oka
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 119 号: 27 ページ: 8480-8489

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b03723

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 絶対嫌気性の光合成細菌Chlorobaculum tepidumの異種遺伝子発現系を利用した緑藻[FeFe]型ヒドロゲナーゼの細胞内成熟化2017

    • 著者名/発表者名
      池田 祐輔、武藤 梨沙、波佐間 雄世、大岡 宏造、栗栖 源嗣、寺内 一姫、浅井 智広
    • 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 郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] N-terminal Nucleotide Sequence Dependency of Anaerobic Protein Overexpression in the Photosynthetic Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum tepidum2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Ikeda, Y. Hazama, R. Mutoh, A. Norimitsu, H. Oh-oka, G. Kurisu, K. Terauchi, C. Azai
    • 学会等名
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • 発表場所
      Suzaku Campus, Ritsumeikan University, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2017-03-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光合成反応中心複合体に潜む構造機能相関の実験的探索2017

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広
    • 学会等名
      第9回 BKCバイオインフォマティクス研究会
    • 発表場所
      立命館大学 びわこ・くさつキャンパス(滋賀県草津市)
    • 年月日
      2017-02-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Functions of Evolutionally Conserved antenna chlorophylls in type-1 photosynthetic reaction centers2016

    • 著者名/発表者名
      C. Azai
    • 学会等名
      Photosynthetic and Respiratory Complexes: From Structure to Function
    • 発表場所
      The Van der Valk Hotel Verviers, Vervier, Belgium
    • 年月日
      2016-08-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mutagenic analysis of conserved antenna chlorophylls in type-1 photosynthetic reaction centers2016

    • 著者名/発表者名
      C. Azai, T. Kondo, K. Okuda, K. Terauchi, S. Itoh, H. Oh-Oka
    • 学会等名
      The 17th International Congress on Photosynthesis Research
    • 発表場所
      MECC, Maastricht, The Netherlands
    • 年月日
      2016-08-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural homology around the special pair chlorophylls among type-1 reaction centers2016

    • 著者名/発表者名
      C. Azai
    • 学会等名
      Satellite Meeting on Photosynthesis
    • 発表場所
      Kyoto University Seminar House (Yoshida Campus), Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-07-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of codon bias on the anaerobic protein overproduction in the phototrophic green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hazama, A. Norimitsu, C. Azai, K. Terauchi
    • 学会等名
      Satellite Meeting on Photosynthesis
    • 発表場所
      Kyoto University Seminar House (Yoshida Campus), Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-07-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌での異種遺伝子発現におけるコドン使用頻度の影響2016

    • 著者名/発表者名
      波佐間 雄世,則光 明日美,浅井 智広,寺内 一姫
    • 学会等名
      第7回 日本光合成学会年会
    • 発表場所
      東京理科大学 葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
    • 年月日
      2016-05-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidum におけるGFP 発現の塩基配列依存性2016

    • 著者名/発表者名
      波佐間 雄世、則光 明日美、浅井 智広、寺内 一姫
    • 学会等名
      第10回 日本ゲノム微生物学会年会
    • 発表場所
      東京工業大学70周年記念講堂 (東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-03-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 緑藻型[FeFe]ヒドロゲナーゼとH クラスター生合成系の緑色硫黄光合成細菌における嫌気的共発現2016

    • 著者名/発表者名
      池田 祐輔、波佐間 雄世、武藤 梨沙、浅井 智広
    • 学会等名
      第4回公開シンポジウム 新学術領域研究「人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換:実用化に向けての異分野融合」
    • 発表場所
      東京理科大学 図書館大ホール (東京都葛飾区)
    • 年月日
      2016-01-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 多孔性シリカ粒子のナノ空間に埋め込まれたヘリオバクテリア反応中心コアタンパクの安定性と分光学的特性2015

    • 著者名/発表者名
      大岡 宏造、野路 智康、浅井 智広、武藤 梨沙、栗栖 源嗣、伊藤 繁
    • 学会等名
      第53回 日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス (石川県金沢市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Construction of Artificial Heterodimeric Photosynthetic Reaction Center in the Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum tepidum2015

    • 著者名/発表者名
      C. Azai, K. Kim, J. Harada, H. Oh-oka
    • 学会等名
      15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • 発表場所
      エバーハルト・カール大学テュービンゲン (ドイツ・テュービンゲン)
    • 年月日
      2015-08-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bacteriochlorophyll a Synthesis in the Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum tepidum Mutant Lacking BchX, a Subunit of Chlorophyllide a Oxidoreductase2015

    • 著者名/発表者名
      C. Azai, T. Mizoguchi, H. Tamiaki, H. Oh-oka
    • 学会等名
      15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • 発表場所
      エバーハルト・カール大学テュービンゲン (ドイツ・テュービンゲン)
    • 年月日
      2015-08-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Rieske/Cytochrome b Complex in the Green Sufur Bacterium Chlorobaculum tedium2015

    • 著者名/発表者名
      H. Oh-oka, T. Yamamoto, R. Mutoh, C. Azai, G.i Kurisu
    • 学会等名
      15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • 発表場所
      エバーハルト・カール大学テュービンゲン (ドイツ・テュービンゲン)
    • 年月日
      2015-08-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Heliobacterial type-I homodimer reaction center uses menaquinone as the secondary electron acceptor, at a little different location from that of phylloquinone in PSI2015

    • 著者名/発表者名
      S. Itoh, T. Kondo, C. Azai, H. Oh-oka
    • 学会等名
      15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • 発表場所
      エバーハルト・カール大学テュービンゲン (ドイツ・テュービンゲン)
    • 年月日
      2015-08-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ホモダイマー型光合成反応中心の分子生物学的な構造機能解析2015

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広
    • 学会等名
      第6回 日本光合成学会年会およびシンポジウム
    • 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
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ホモダイマー光合成反応中心複合体の人工的ヘテロダイマー化2015

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広、Kwang Kim、近藤 徹、原田 二朗、伊藤 繁、大岡 宏造
    • 学会等名
      第62回 日本生化学会近畿支部例会
    • 発表場所
      立命館大学 びわこ・くさつキャンパス (滋賀県草津市)
    • 年月日
      2015-05-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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