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プロトン勾配の消費と生成のバランスをとる光化学系I-アンテナ複合体の構造基盤解明

公募研究

研究領域新光合成:光エネルギー変換システムの再最適化
研究課題/領域番号 19H04714
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 生物系
研究機関山形大学

研究代表者

河合 寿子 (久保田寿子)  山形大学, 理学部, 助教 (10599228)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード光化学系I / 集光アンテナ / 光合成 / フェレドキシン / 緑藻
研究開始時の研究の概要

光合成生物は、光合成に必要な光を集める能力を持つ。植物や緑藻の光化学系I(PSI)は集光機能に特化した集光アンテナ複合体(LHCI)を持つ。植物が持つ4分子のLHCIからなる小型アンテナと比較して、緑藻が持つ10分子のLHCIからなる大型アンテナは、41%も多くのフォトンを集めることができる。さらに、植物や緑藻は光化学系IIの集光アンテナ複合体LHCIIさえもPSIの外部アンテナとして利用するステート遷移という巧妙な仕組みを備えている。本研究では、緑藻PSIの持つ高い集光能力の分子機構を、PSI-アンテナ複合体の構造基盤情報から理解することを目指す。

研究実績の概要

令和二年度は、PSI四量体を持つシアノバクテリアAnabaenaを用いて、クロロフィル含有蛋白質IsiAの発現条件およびPSIとの複合体精製条件の検討を行った。まず、鉄欠乏培養開始3、5、7日後に細胞をサンプリングし、77Kクロロフィル低温蛍光測定を行った。その結果、培養開始3日目から686nmに大きなピークが確認できた。これは、Synechocystisを用いた先行研究で報告されているIsiAのピークと一致することから、AnabaenaにおいてもIsiAが細胞中に発現していると考えられた。さらに、IsiA抗体を用いたウエスタンブロットを行い、IsiAの存在を確認した。また興味深いことに、フィコシアニンを励起すると、IsiA由来の蛍光が確認できたことから、細胞内では、フィコビリソームからIsiAに光エネルギー伝達が行われていることが示唆された。このIsiAを発現している細胞からチラコイド膜を精製し、可溶化後に密度勾配遠心法にて蛋白質複合体を分離した。得られた緑色のバンドを回収し、質量分析にて蛋白質同定を行った。その結果、PSIを含む画分にIsiAが含まれていることが明らかとなった。引き続き、このサンプルを負染色し電子顕微鏡画像を取得後、単粒子解析を行った。しかしながら、得られた像はPSIの四量体のみであった。PSI三量体-IsiA複合体構造では1分子のPSIあたり6分子のIsiAが結合すると報告されているが、Anabaenaにおいても1分子のPSIあたり複数のIsiAが結合すると考えられる。今回得られたサンプルではIsiAが不安定で解離しやすく、部分的に解離した状態であったために複合体構造が得られなかったと推測できる。今後はAmphipolなどを用いてIsiAが解離していない均一なサンプルを得ることを目指す。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (3件)

すべて 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Characterization of a giant photosystem I supercomplex in the symbiotic dinoflagellate Symbiodiniaceae2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kato, Ryutaro Tokutsu, Hisako Kubota-Kawai, Raymond N. Burton-Smith, Eunchul Kim, Jun Minagawa
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 183 号: 4 ページ: 1725-1734

    • DOI

      10.1104/pp.20.00726

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Firmicutes bacterium 由来のCDP-DAG合成酵素Tam41の結晶構造の解明2020

    • 著者名/発表者名
      木村啓介, 河合文啓, 河合寿子, 小島理恵子, 渡邊康紀, 遠藤斗志也, 田村康
    • 学会等名
      第28 回 山形分子生物学セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Crystal Structure of Tam41 CDP-DAG synthase from Firmicutes bacterium2020

    • 著者名/発表者名
      木村 啓介, 河合 文啓, 平田 邦生, 河合 寿子, 小島 理恵子, 渡邊 康紀, 遠藤 斗志也, 田村 康
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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