一人三役の光センサー蛋白、光活性化アデニル酸シクラーゼの分子内ドメイン相互作用

2010 年度 研究成果報告書

• 研究領域: セルセンサーの分子連関とモーダルシフト
• 研究課題/領域番号: 18077003
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 総合研究大学院大学
• 研究代表者: 渡辺 正勝 総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 教授 (40124226)
• 研究分担者: 伊関 峰生 総合研究大学院大学, 学融合推進センター, 特別研究員 (60414009) ; 小川 和男 自然科学研究機構, 岡崎共通研究アイソトープ実験センター, 准教授 (30132731)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2010
• キーワード: 光センサー / フラビン / 環状AMP / ドメイン相互作用 / 細胞行動

研究概要

我々がミドリムシから発見した、光を感じて細胞諸機能制御因子環状AMPを生成する光活性化アデニル酸シクラーゼ(PAC)について:4量体構造をとり、水素結合ネットワークの異なる2状態を行き来し、高感度・低速度とその逆の2 成分から成ることを解明;光感受に伴う蛋白質構造変化の解析に強力な一分子赤外線吸収分光法を開発;複数の生物に遺伝子的に導入して神経活動や行動の光制御に成功;その遺伝子の染色体上局在を多数検出。

研究成果

• [雑誌論文] Structural change of a cofactor binding site of flavoprotein detected by single-protein fluorescence spectroscopy at 1.5k. (2011)
  • 著者名/発表者名: Fujiyoshi S, Hirano M, Matsushita M, Iseki M, Watanabe M
  • 雑誌名: Phys Rev Lett. 106(7) ページ: 078101(e-pub)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differentiation of photocycle characteristics of flavin-binding BLUF domains of a-and b-subunits of photoactivated adenylyl cyclase of Euglena gracilis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Ito S, Murakami A, Iseki M, Takahashi T, Higash S, Watanabe M
  • 雑誌名: Photochem.Photobiol.Sci. 9 ページ: 1327-1335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational Microspectroscopy of Single Proteins. (2010)
  • 著者名/発表者名: Fujiyoshi S, Furuya Y, Iseki M, Watanabe M, Matsushita M
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.Lett. 1 ページ: 2541-2545
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flagellar motions in phototactic steering in a brown algal swarmer. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga S, Uchida H, Iseki M, Watanabe M, Murakami A.
  • 雑誌名: Photochem Photobiol. 86(2) ページ: 374-381
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complex array of endobionts in Petalomonas sphagnophila, a large heterotrophic euglenid protist from Sphagnum-dominated peatlands. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kim E, Park JS, Simpson AG, Matsunaga S, Watanabe M, Murakami A, Sommerfeld K, Onodera NT, Archibald JM.
  • 雑誌名: ISME J. 4(9) ページ: 1108-1120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Action spectrum for the suppression of arylalkylamine N-acetyltransferase activity in the two-spotted spider mite Tetranychus urticae (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Izawa N, Takashima T, Watanabe M, Takeda M
  • 雑誌名: Photochem Photobiol. 85(1) ページ: 214-219
  • 査読あり
• [雑誌論文] UV tolerance in the two-spotted spider mite, Tetranychus urticae. (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Watanabe M, Takeda M
  • 雑誌名: J.Insect Physiol. 55(7) ページ: 649-654
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of action spectra of UV-induced mutation in mouse skin. (2009)
  • 著者名/発表者名: Ikehata H, Shoichi S, Watanabe M, Hieda K, Ono T
  • 雑誌名: Photomed.Photobiol. 31 ページ: 3-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origins of a cyanobacterial 6-phosphogluconate dehydrogenase in plastid-lacking eukaryotes. (2008)
  • 著者名/発表者名: Maruyama S, Misawa K, Iseki M, Watanabe M, Nozaki H
  • 雑誌名: BMC Evol Biol. 8 ページ: 151-161
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional transplant of photoactivated adenylyl cyclase (PAC) into Aplysia sensory neurons. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nagahama T, Suzuki T, Yoshikawa S, Iseki M
  • 雑誌名: Neurosci Res. 59(1) ページ: 81-88
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phylogeny of primary photosynthetic eukaryotes as deduced from slowly evolving nuclear genes. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nozaki H, Iseki M, Hasegawa M, Misawa K, Nakada T, Sasaki N, Watanabe M
  • 雑誌名: Mol Biol Evol. 24(8) ページ: 1592-1595
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct responses of chloroplasts to blue and green laser microbeam irradiations in the centric diatom Pleurosira laevis. (2007)
  • 著者名/発表者名: Shihira-Ishikawa I, Nakamura T, Higashi S, Watanabe M
  • 雑誌名: Photochem Photobiol. 83(5) ページ: 1101-1109
  • 査読あり
• [雑誌論文] ミドリムシにおける光センシングの分子機構 (2007)
  • 著者名/発表者名: Iseki M
  • 雑誌名: 原生動物学雑誌 40(2) ページ: 93-100
• [雑誌論文] 植物は感じて動く微細藻類の光運動反応-単細胞鞭毛藻ミドリムシを例に (2007)
  • 著者名/発表者名: 渡辺正勝、伊関峰生、松永茂
  • 雑誌名: 遺伝 61 ページ: 81-82
• [雑誌論文] Fast manipulation of cellular cAMP level by light in vivo. (2007)
  • 著者名/発表者名: Schroder-Lang S, Schwarzel M, Seifert R, Strunker T, Kateriya S, Looser J, Watanabe M, Kaupp UB, Hegemann P, Nagel G
  • 雑誌名: Nat Methods. 4(1) ページ: 39-42
  • 査読あり
• [学会発表] 数Kの単一分子分光法による光合成アンテナタンパク質の発光励起スペクトルに現れる構造変化の起源探求 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大友康平, 他
  • 学会等名: 第4回分子科学討論会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス(大阪・豊中市待兼山町
  • 年月日: 20100914-20100917
• [学会発表] 非晶質氷切片を使用した極低温電子顕微鏡によるin vivo構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮崎直幸, 他
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道・札幌)
  • 年月日: 20100616-20100618
• [学会発表] Euglena gracilisにおける核分裂と染色体の特徴 (2010)
  • 著者名/発表者名: 澁澤麻実, 他
  • 学会等名: ユーグレナ研究会第26回研究集会
  • 発表場所: 東京大学農学部(東京・本郷)
  • 年月日: 2010-11-13
• [学会発表] CEMOVISによるEuglenaの構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮崎直幸, 他
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第66回学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知・名古屋)
  • 年月日: 2010-05-25
• [学会発表] 2種類のBLUFドメイン、AppAとPACの赤外分光解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 岩田達也, 他
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島文理大学・徳島キャンパス・アスティ徳島(徳島)
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] 光活性化アデニル酸シクラーゼの単一タンパク質分光 (2009)
  • 著者名/発表者名: 藤芳暁, 他
  • 学会等名: 第3回分子科学討論会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(名古屋)
  • 年月日: 2009-09-24
• [学会発表] 褐藻遊走子の走光性:光で起こる後鞭毛の一過性の速い振動が遊泳方向を調節する (2009)
  • 著者名/発表者名: 松永茂, 他
  • 学会等名: 日本植物学会第73回大会
  • 発表場所: 山形大学・小白川キャンパス(山形)
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] Single molecule studies on fluorescence and 3-dimensional structure of photoactivated adenylyl cyclase (PAC),the sensor for photoavoidance in Euglena. (2009)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, et al.
  • 学会等名: The 13th Congress of the European Society for Photobiology
  • 発表場所: The Faculty of Law, University of Wroclaw (Wroclaw, Poland)(招待講演)
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] Single molecule analyses of structure and function of photoactivated adenylyl cyclase (PAC), a sensor for photomovement in Euglena. (2009)
  • 著者名/発表者名: Iseki M, et al.
  • 学会等名: The 15th International Congress on Photobiology
  • 発表場所: Congress Centre Dusseldorf (Dusseldorf, Germany)(招待講演)
  • 年月日: 2009-06-20
• [学会発表] 電子顕微鏡によるミドリムシ光センサータンパク質Photoactivated Adenylyl Cyclase (PAC)の構造解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 宮崎直幸, 他
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 熊本全日空ホテルニュースカイ(熊本)
  • 年月日: 2009-05-21
• [学会発表] ミドリムシのstepdown光驚愕反応に関与する光センサータンパク質の精製と同定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石床知佐江, 他
  • 学会等名: 日本生物高分子学会2008年度大会
  • 発表場所: 京都学園大学バイオ環境館(京都・亀岡)
  • 年月日: 2008-11-14
• [学会発表] Functional transplant of photoactivated adenylyl cyclase (PAC) into Aplysia sensory neurons. (2008)
  • 著者名/発表者名: Nagahama T, et al.
  • 学会等名: The 8th Asia Pacific Marine Biothchnology Conference
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2008-11-13
• [学会発表] 低温のタンパク質分光の励起過程の検討 (2008)
  • 著者名/発表者名: 藤芳暁, 他
  • 学会等名: 第2回分子科学討論会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡)
  • 年月日: 2008-09-26
• [学会発表] Functional transplant of photoactivated adenylyl cyclase (PAC) into Aplysia sensory neurons. (2008)
  • 著者名/発表者名: Nagahama T, et al.
  • 学会等名: The 34th Meeting of the American Society for Photobiology
  • 発表場所: Burlingame, CA(招待講演)
  • 年月日: 2008-06-25
• [学会発表] Attempts at photoregulation of neural and developmental phenomena by using photoactivated adenylyl cyclase (PAC) of euglenoid origin. (2008)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M
  • 学会等名: Channelrhodopsin and light-gated enzymes
  • 発表場所: Frauenchiemsee, Germany
  • 年月日: 2008-05-21
• [学会発表] フラグメント分子軌道法によるミドリムシ光センサーPACとフラビン発色団との相互作用解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 長谷川浩司, 他
  • 学会等名: 日本農芸化学会2008年度大会
  • 発表場所: 名城大学天白キャンパス(名古屋)
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] Flavin-Binding Properties of Eukaryotic BLUF Domains of Photoactivated Adenylyl Cyclase (PAC) in Euglena gracilis : Ab initio Fragment Molecular Orbital (FMO) Calculations. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, et al.
  • 学会等名: 情報計算化学生物学会2007年大会
  • 発表場所: 広島大学・東広島キャンパス(広島)
  • 年月日: 20071003-20071005
• [学会発表] Super plant kingdom reinstated : nonmonophyly of primary photosynthetic eukaryotes as deduced from slowly evolving nuclear genes (2007)
  • 著者名/発表者名: Nozaki H, et al.
  • 学会等名: PSA Annual Meeting 2007 with the International Society of Protistologists (ISOP)
  • 発表場所: Providence, Rhode Island, USA
  • 年月日: 20070806-20070809
• [学会発表] Origin of the cyanobacterial gnd gene in secondary phototrophs and non-photosynthetic protists. (2007)
  • 著者名/発表者名: Maruyama S
  • 学会等名: PSA Annual Meeting 2007 with the International Society of Protistologists (ISOP)
  • 発表場所: Providence, Rhode Island, USA
  • 年月日: 20070806-20070809
• [学会発表] ユーグレナの光センサー、光活性化アデニル酸シクラーゼの遺伝子構造 (2007)
  • 著者名/発表者名: 伊関峰生
  • 学会等名: ユーグレナ研究会第23回研究会
  • 発表場所: 大阪府立大学(大阪)
  • 年月日: 2007-11-17
• [学会発表] 二次共生藻および非光合成原生生物におけるシアノバクテリア型遺伝子の進化的系譜 (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸山真一朗, 他
  • 学会等名: 日本植物学会第71回大会
  • 発表場所: 東京理科大学(野田)
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] 二波長の励起光を同時に利用できる低温の単一タンパク質分光装置の開発 (2007)
  • 著者名/発表者名: 平野充遥, 他
  • 学会等名: 第1回分子科学討論会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(仙台)
  • 年月日: 2007-09-18
• [図書] 単細胞生物の「目」(「見える光、見えない光:動物と光のかかわり」)(寺北明久・蟻川謙太郎編) (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡辺正勝、鈴木武士
  • 総ページ数: 96-113
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 光を見る微生物の仕組みin爆発する光科学の世界-量子から生命体まで (2007)
  • 著者名/発表者名: 渡辺正勝
  • 総ページ数: 175-194
  • 出版者: クバプロ
• [図書] 走光性(アイピーシー、天然物化学-植物編-)(山村庄亮、長谷川宏司・編) (2007)
  • 著者名/発表者名: 鈴木武士、渡辺正勝
  • 総ページ数: 446(58-65)
• [図書] Photoactivated adenylyl cyclase (PAC), the photoreceptor flavoprotein with intrinsic effector function mediating euglenoid photomovements, Flavins-Photochemistry and Photobiology (2006)
  • 著者名/発表者名: Iseki M, Matsunaga S, Murakami A, 渡辺正勝
  • 総ページ数: 271-286
  • 出版者: RSC Publishing
• [備考] ホームページ等