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C4光合成を調節する新規分子の動的構造機能解析

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 19H04735
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
研究機関立命館大学

研究代表者

松村 浩由  立命館大学, 生命科学部, 教授 (30324809)

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C4光合成 / 調節因子 / 調節機構 / 構造機能解析 / 構造機能相関
研究開始時の研究の概要

本研究では、光合成調節因子であるCP12分子群の分子生物学的役割を分子集合レベル、タンパク質構造レベル、および速度論的に解明し、C4光合成調節の分子機構モデルを構築する。申請者は、これまで光合成カルビン回路の調節因子であるCP12の構造生物学的な先駆的研究を行ってきたが、最近、共同研究者らによって、CP12様タンパク質CP12-3がフラベリアにおけるC4光合成の重要因子であることが分かった。本研究では、CP12分子群が形成する複合体の解析を進め、環境変動に応答するための光合成調節機構の分子機構モデルを構築する。

研究実績の概要

本研究では、C4光合成の律速因子として同定されたCP12-3を研究対象として、(1)CP12-3の構造機能解析を実施した。それに加えて新学術領域の他の研究者と共同で(2)光合成関連酵素群の構造機能解析を行った。以下に詳細を述べる。
(1)については、フラベリアCP12-3の発現・精製、ならびにCP12-3の結合標的候補の酵素としてMDH, NADP-ME, PRK, GAPDHの発現・精製を試みた。CP12-3, MDH, NADP-MEについては大腸菌での発現・精製系構築することができた。さらに、これまで達成できてこなかったGAPDHについては、CP12-3と共発現することによって、大腸菌での発現・精製系を構築することができた。その後、CP12-3とGAPDHが相互作用することがわかったため、CP12-3とGAPDHの相互作用解析を実施した。その結果、CP12-3がGAPDHの非特異的な集合を抑制する可能性を見出だすことができた。さらに、CP12-3/GAPDH複合体、およびGAPDH単体の構造解析に取り組んだ結果、GAPDH単体の構造解析に成功した。通常、四量体で存在するGAPDHが二量体で存在することが明らかとなり、この結果からCP12-3の新しい機能、すなわちGAPDHの構造安定化に寄与する可能性が示された。
(2)については、ソルガムRubiscoのRbcSをイネに導入し、さらにCRISPR-Cas9で野生型イネ(Nipponbare)のRbcSをノックアウトしてハイブリッドRubiscoを作成したところ、酵素活性が1.9倍、光合成活性も1.2倍程度上昇することが分かった。その成果を最近論文として発表することができた(Mol Plant, 13, 1570, 2020)。現在は、この分子機構を元に、ソルガムとは異なるRbcS遺伝子を導入した改良型イネの研究を展開し、さらに詳細な分子機構がわかりつつある。

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

    (34件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 2件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Structure-function studies of ultrahigh molecular weight isoprenes provide key insights into their biosynthesis2021

    • 著者名/発表者名
      Kajiura Hiroyuki、Yoshizawa Takuya、Tokumoto Yuji、Suzuki Nobuaki、Takeno Shinya、Takeno Kanokwan Jumtee、Yamashita Takuya、Tanaka Shun-ichi、Kaneko Yoshinobu、Fujiyama Kazuhito、Matsumura Hiroyoshi、Nakazawa Yoshihisa
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 4 号: 1 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1038/s42003-021-01739-5

    • NAID

      120007147662

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanism of karyopherin-β2 binding and nuclear import of ALS variants FUS(P525L) and FUS(R495X)2021

    • 著者名/発表者名
      Gonzalez Abner、Mannen Taro、Cagatay Tolga、Fujiwara Ayano、Matsumura Hiroyoshi、Niesman Ashley B.、Brautigam Chad A.、Chook Yuh Min、Yoshizawa Takuya
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 3754-3754

    • DOI

      10.1038/s41598-021-83196-y

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamic Assembly/Disassembly of Staphylococcus aureus FtsZ Visualized by High-Speed Atomic Force Microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Fujita Junso、Sugiyama Shogo、Terakado Haruna、Miyazaki Maho、Ozawa Mayuki、Ueda Nanami、Kuroda Natsuko、Tanaka Shun-ichi、Yoshizawa Takuya、Uchihashi Takayuki、Matsumura Hiroyoshi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 号: 4 ページ: 1697-1697

    • DOI

      10.3390/ijms22041697

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of Introduction of Sorghum RbcS with Rice RbcS Knockdown by RNAi on Photosynthetic Activity and Dry Weight in Rice.2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Sakoda , Akito Yamamoto , Chie Ishikawa , Yojiro Taniguchi , Hiroyoshi Matsumura & Hiroshi Fukayama
    • 雑誌名

      Plant Production Science

      巻: in press 号: 3 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1080/1343943x.2020.1847669

    • NAID

      120007125729

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of nuclear import receptors on liquid–liquid phase separation2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshizawa Takuya、Matsumura Hiroyoshi
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 17 号: 0 ページ: 25-29

    • DOI

      10.2142/biophysico.BSJ-2019052

    • NAID

      130007828794

    • ISSN
      2189-4779
    • 年月日
      2020-04-04
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Insertion loop‐mediated folding propagation governs efficient maturation of hyperthermophilic Tk‐subtilisin at high temperatures2020

    • 著者名/発表者名
      Uehara R., Dan N., Amesaka H., Yoshizawa T., Koga Y.., Kanaya S., Takano K., Matsumura H., Tanaka SI.
    • 雑誌名

      FEBS letters

      巻: 594 号: 4 ページ: 452-461

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14028

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybrid Rubisco with Complete Replacement of Rice Rubisco Small Subunits by Sorghum Counterparts Confers C4-Plant-like High Catalytic Activity2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroyoshi Matsumura, Keita Shiomi, Akito Yamamoto, Yuri Taketani, Noriyuki Kobayashi, Takuya Yoshizawa, Shun-ichi Tanaka, Hiroki Yoshikawa, Masaki Endo, Hiroshi Fukayama,
    • 雑誌名

      Molecular Plant

      巻: 13 号: 11 ページ: 1570-1581

    • DOI

      10.1016/j.molp.2020.08.012

    • NAID

      120006919994

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structure of a GH1 β‐glucosidase from Hamamotoa singularis2020

    • 著者名/発表者名
      Uehara Ryo、Iwamoto Riki、Aoki Sayaka、Yoshizawa Takuya、Takano Kazufumi、Matsumura Hiroyoshi、Tanaka Shun‐ichi
    • 雑誌名

      Protein Science

      巻: 29 号: 9 ページ: 2000-2008

    • DOI

      10.1002/pro.3916

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Affinity shift of ATP upon glycerol binding to a glycerol kinase from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus kodakarensis KOD12020

    • 著者名/発表者名
      Hokao R., Matsumura H., Katsumi R., Angkawidjaja C., Takano K., Kanaya S., Koga Y.
    • 雑誌名

      J. Biosci. Bioeng.

      巻: 129 号: 6 ページ: 657-663

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2019.12.008

    • NAID

      40022261697

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structures of the cell-division protein FtsZ from Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshizawa Takuya、Fujita Junso、Terakado Haruna、Ozawa Mayuki、Kuroda Natsuko、Tanaka Shun-ichi、Uehara Ryo、Matsumura Hiroyoshi
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications

      巻: 76 号: 2 ページ: 86-93

    • DOI

      10.1107/s2053230x2000076x

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure-Guided Design of a Fluorescent Probe for the Visualization of FtsZ in Clinically Important Gram-Positive and Gram-Negative Bacterial Pathogens2019

    • 著者名/発表者名
      Ferrer-Gonzalez Edgar、Fujita Junso、Yoshizawa Takuya、Nelson Julia M.、Pilch Alyssa J.、Hillman Elani、Ozawa Mayuki、Kuroda Natsuko、Al-Tameemi Hassan M.、Boyd Jeffrey M.、LaVoie Edmond J.、Matsumura Hiroyoshi、Pilch Daniel S.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 20092-20092

    • DOI

      10.1038/s41598-019-56557-x

    • 関連する報告書
      2019 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] C4光合成必須因子CP12-3およびその標的酵素GAPDHの構造機能解析2021

    • 著者名/発表者名
      松村浩由
    • 学会等名
      新学術領域秋期領域会議
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Molecular basis of Karyopherin-β2 binding and nuclear import of ALS-related FUS2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Yoshizawa, Taro Mannen, Ayano Fujiwara, Hiroyoshi Matsumura
    • 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
  • [学会発表] Enzymatic activity of RNase H2 toward oxidized and abasic ribonucleoside monophophates embedded in DNA2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Ishizuka, Ryo Uehara, Takuya Yoshizawa, Hiroyoshi Matsumura
    • 学会等名
      2020 World Conference on Protein Science
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystallographic studies of the cell-division protein FtsZ from Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Yoshizawa, Junso Fujita, Mayuki Ozawa, Natsuko Kuroda, Shun-ich Tanaka, Ryo Uehara, Hiroyoshi Matsumura
    • 学会等名
      2020 World Conference on Protein Science
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PR poly-dipeptide blocks the chaperone activity of the Karyopherinβ2 for the Fused in sarcoma2020

    • 著者名/発表者名
      Takeru Uehara, Ayano Fujiwara, Ryo Uehara, Takuya Yoshizawa, Hiroyoshi Matsumura
    • 学会等名
      2020 World Conference on Protein Science
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural analysis of FtsZ in complex with a fluorescent probe BOFP designed from binding structure of drug2020

    • 著者名/発表者名
      Natsuko Kuroda, Takuya Yoshizawa, Ryo Uehara, Junso Fujita, Mayuki Ozawa, Haruna Terakado, Daniel S. Pilch, Hiroyoshi Matsumura
    • 学会等名
      2020 World Conference on Protein Science
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 細胞分裂タンパク質FtsZに特異的に結合する蛍光プローブの開発2020

    • 著者名/発表者名
      黒田 奈津子、吉澤 拓也、上原 了、藤田 純三、小澤 真由季、寺門 榛名、Daniel S. Pilch、松村浩由
    • 学会等名
      日本農芸化学会関西支部例会(第512回)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 毒性ポリペプチドによる相分離シャペロン阻害2019

    • 著者名/発表者名
      藤原彩乃、上原 武尊、上原 了、吉澤 拓也、松村 浩由
    • 学会等名
      第4回LLPS研究会・ASUKA若手交流会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 光合成関連酵素の構造機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      松村 浩由
    • 学会等名
      新学術領域研究「新光合成」2019年度秋期領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 30°Cおよび15°Cで栽培したホウレンソウRubiscoのX線構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      西川 雄裕、上原 了、吉澤 拓也、松村 浩由
    • 学会等名
      新学術領域研究「新光合成」2019年度秋期領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 好熱性および常温性シアノバクテリアRubiscoの構造生物学的研究2019

    • 著者名/発表者名
      石原 拓弥、上原 了、吉澤 拓也、松村 浩由
    • 学会等名
      新学術領域研究「新光合成」2019年度秋期領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 炭酸固定酵素PEPCのフィードバック阻害脱感作機構の解明を目指した結晶学的研究2019

    • 著者名/発表者名
      堅川 舞陽、上原 了、吉澤 拓也、松村 浩由
    • 学会等名
      新学術領域研究「新光合成」2019年度秋期領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 植物光合成の高効率化に向けたカルビン回路タンパク質の構造機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      篠原 航大、上原了、吉澤 拓也、松村 浩由
    • 学会等名
      新学術領域研究「新光合成」2019年度秋期領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Structural insight into the mechanism of Monobody-mediated alteration of enzyme substrate specificity2019

    • 著者名/発表者名
      Riki Iwamoto, Takuya Yoshizawa, Ryo Uehara, Kazufumi Takano, Shohei Koide, Hiroyoshi Matsumura, Shun-ichi Tanaka
    • 学会等名
      JSBBA KANSAI 6th Student Forum
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Structural analyses of the cell division protein FtsZ from E. coli and K. puemoniae2019

    • 著者名/発表者名
      Mayuki Ozawa, Haruna Terakado, Natsuko Kuroda, Ryo Uehara, Takuya Yoshizawa, Shun-ichi Tanaka, Hiroyoshi Matsumura
    • 学会等名
      JSBBA KANSAI 6th Student Forum
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Crystal structures of Rubisco purified from spinach grown at 30℃ and 15℃2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishikawa, Ryo Uehara, Takuya Yoshizawa, Wataru Yamori, Hiroyoshi Matsumura
    • 学会等名
      JSBBA KANSAI 6th Student Forum
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Toxic PR poly-dipeptide encoded by the C9orf72 targets phase separation chaperone2019

    • 著者名/発表者名
      Ayano Fujiwara, Takeru Uehara, Ryo Uehara, Takuya Yoshizawa, Hiroyoshi Matumura
    • 学会等名
      JSBBA KANSAI 6th Student Forum
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Function and structure of multiheme-containing selenoprotein2019

    • 著者名/発表者名
      Ryuta Tobe, Takuya Yoshizawa, Yukiko Izu, Mst. Ishrat Jahan, Bunta Yoshimura, Hiroyoshi Matsumura, Hisaaki Mihara
    • 学会等名
      第8回国際セレン学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] X-ray crystallographic analysis of S. aureus FtsZ complexed with inhibitors and a fluorescent probe2019

    • 著者名/発表者名
      Mayuki Ozawa, Junso Fujita, Takuya Yoshizawa, Natsuko Kuroda, Haruna Terakado, Ryo Uehara, Edgar Ferrer-Gonzalez, Julia M. Nelson, Alyssa J. Pilch, Elani Hillman, Ajit K. Parhi, Edmond J. LaVoie, Daniel S. Pilch, Hiroyoshi Matsumura
    • 学会等名
      International Symposium on Diffraction Structure Biology 2019(ISDSB2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural insight into the mechanism of Monobody-mediated alteration of enzyme substrate specificity2019

    • 著者名/発表者名
      Riki Iwamoto, Takuya Yoshizawa, Ryo Uehara, Kazufumi Takano, Shohei Koide, Hiroyoshi Matsumura, Shun-ichi Tanaka
    • 学会等名
      International Symposium on Diffraction Structure Biology 2019(ISDSB2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光量変動と代謝調節をつなぐ新規分子の定量的手法を取り入れた構造機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      松村浩由
    • 学会等名
      新学術領域研究「新光合成」2019年度春期領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Dynamic structural analysis and drug design of S. aureus FtsZ2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyoshi Matsumura, Junso Fujita, Haruna Terakado, Mayuki Ozawa, Nanami Ueda, Shun-ich Tanaka, Takuya Yoshizawa
    • 学会等名
      日本細菌学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 相分離生物学の全貌(現代化学増刊46)2020

    • 著者名/発表者名
      松村浩由、他
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      東京化学同人
    • ISBN
      9784807913466
    • 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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