光照射による蛋白質の選択的・特異的切断

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07839021
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 小野 高明 理化学研究所, 光合成科学研究室, 副主任研究員 (10175268)
• キーワード: 光化学系II / 光合成 / 光阻害 / D1蛋白質 / 系II阻害剤 / 特異的切断

研究概要

1)Q_B部位への光化学系II阻害剤結合が光損傷に与える影響
ウレア・トリアジンとフェノール系阻害剤10数種について酸素発生能の失活、D1蛋白質の切断に与える影響を検討した。ウレア・トリアジン系阻害剤は酸素発生能の失活D1蛋白質の切断断片の生成を抑制した。一方、フェノール系阻害剤は失活を促進したが、D1蛋白質の切断断片の生成には影響を与えなかった。
2)光化学系II阻害剤結合により誘導されるD1蛋白質の選択的切断
フェノール系阻害剤に属し、フルオルグルシノール骨格を持つ阻害剤PNO8(N-octyl-3-nitro-2,4,6-trihydroxybenzamide)によりD1蛋白質の切断が起こる事を見出した。D1蛋白質はdeループ中のロイシン258付近の1カ所で切断を受け、その結果光損傷によるD1蛋白質分解によって生じる断片と同じ分子量を持つ23、9kDa断片が生じた。分解反応は酸素の有無には影響されなかったが、低温条件やセリンタイプのプロテアーゼの阻害剤であるPMSFにより抑制された。PNO8によるD1蛋白質の切断は完全暗黒下で進行するが、PNO8添加前に試料を短時間光照射すると切断反応が著しい促進を受けた。以上の結果は前照射により、D1蛋白質に標識付けが行われ、PNO8によるQ_B部位近傍の構造変化が引き金となりD1蛋白質の切断が引き起こされることを強く示唆している。
3)D1蛋白質切断活性の構造要求性
フロログルシノール骨格を持ち、フェノール環に様々な置換基を導入した一連の化合物を合成し、電子伝達活性とD1蛋白質切断活性について構造活性相関を調べた。分割活性には、ベンゼン環上の2、4、6位の水酸基が必須であった。又、3位のニトロ基及び1位の疎水性側鎖は分割活性の上昇に寄与していることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Ono,T.: "Characteristic changes of function and structure of photosystem II during strong-light photoinhibition under aerobic condition." Biochim.Biophys.Acta. 1229. 239-248 (1995)
• [文献書誌] Nakajima,Y.: "Selective and specific degradation of the D1 protein induced by binding of a novel photosystem II inhibitor to the Q_B site." Biochim.Biophys.Acta. 1230. 38-44 (1995)
• [文献書誌] Miyao,M.: "Specific degradation of the D1 protein of photosystem II by treatment with hydrogen peroxide in darkness ; Implications for the mechanism of degradation of the D1 protein under illumination." Biochemistry. 34. 10019-10026 (1995)
• [文献書誌] Yuasa,M.: "Effects of hydrostatic pressure on photosynthesis systems : I. Preferential dstruction of the O_2-evolving center." Plant & Cell Physiol.36. 1081-1088 (1995)
• [文献書誌] Okada,K: "Selective and specific cleavage of the D1 and D2 proteins of photosystem II by exposure to singlet oxygen." Biochim.Biophys.Acta. 1274. 73-79 (1996)
• [文献書誌] Nakajima,Y.: "Occupation of the Q_B-binding pocket by the photosystem two inhibitor triggers dark cleavage of the D1 protein tagged by brief preillumination." J.Biol.Chem.271. 17383-17389 (1996)