単細胞生物のキノン光センサーの構造と機能解析

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10640668
• 研究機関: 高知大学
• 研究代表者: 松岡 達臣 高知大学, 理学部, 教授 (90209510)
• キーワード: ブレファリスマ / 光シグナル / シグナル伝達 / 光反応 / キノン / ブレファリスミン

研究概要

単細胞生物の光行動に関わるキノン光センサー複合体は、ロドプシンとは全く異なる新しいタイプの光センサーである。我々は、キノン光センサー複合体の構造および光シグナル伝達機構の解析を行った。界面活性剤等によって生細胞の色素顆粒内のブレファリスミン分子集団複合体(ブレファリスミン/タンパク質複合体も含む)の規則的配向を破壊することによって得られる蛍光スペクトル(in vitro蛍光スペクトル)とin vivo蛍光スペクトルの比較、タンパク質と複合体をなす色素量および色素種分析、光受容オルガネラの電子顕微鏡観察から、色素顆粒内では多量のフリーのブレファリスミン分子が結晶的配向をなして密にパックされているらしいことを解明した。そして、この結晶様配向をなす色素分子集団は光集光アンテナ複合体として機能し、最終的に反応中心色素/200kDタンパク質複合体を活性化するという仮説を提唱した。細胞に光照射することによって得られた色素/200kDタンパク質複合体の分析結果から、タンパク質と複合体をなすために側鎖フェノール基が必須であることを明らかにすると共に、これが特異的な結合であることを解明した。さらに、分光学的分析によって、200kDタンパク質はブレファリスミン蛍光のクエンチング機能を有することが判明した。この結果から、ブレファリスミンの光励起一重項状態から200kDタンパク質への光エネルギー変換機構が存在することが示唆された。そして、200kDタンパク質は構造的にも機能的にも特異的にブレファリスミンと複合体をなしていることが明らかになった。という結論に達した。
光受容オルガネラの内部構造を完全に解明し、オルガネラと細胞膜間のシグナリング機構を明らかにした。すなわち、ブレファリスミン分子近傍(オルガネラの膜間部)の光依存的H^+濃度変化を解析・視覚化することによって、光受容オルガネラと細胞膜間のシグナル伝達がH^+によって仲介されていることを明らかにした(H^+濃度上昇によって膜の脱分極が起きる)。

研究成果

• [文献書誌] 松岡達臣: "Cell movements and sensory transduction in unicellular eukaryotes."Recent Research Developments in Microbiology. 4巻. 437-465 (2000)
• [文献書誌] 松岡達臣 他7名: "Anasyses of structure of photoreceptor organelle and blepharismin-associated protein in unicellular eukaryote Blepharisma"Photochemistry and Photobiology. 72巻. 709-713 (2000)
• [文献書誌] 松岡達臣,小槻日吉三: "Photosensory transduction in unicellular eukaryote Blepharisma"Journal of Experimental Zoology. (印刷中).
• [文献書誌] 徳森大輔 他4名: "In vivo photosensory structure in unicellular eukaryote Blepharisma"Microbios. (印刷中).
• [文献書誌] 松岡達臣: "繊毛虫ブレファリスマのキノン光センサーと光シグナリング"原生動物学雑誌. 34巻(印刷中).
• [文献書誌] 木田明美 他4名: "Study on primary stage in photosignal transduction leading to step-up photophobic response in the unicellular eukaryote Blepharisma japonicum"Microbios. (印刷中).
• [文献書誌] 高田雄一,木田明美,松岡達臣: "単細胞生物ブレファリスマの光センサー:光増感による活性酸素種の生成は光シグナリング経路を活性化するか?"高知大学紀要. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] 小島智行 他4名: "A new practical method fro regioselective mucleophilic aromatic alkylation of ortho- or para-methoxy-substitutedaromatic esters with grigard reagents"Tetrahedron Letters. (印刷中).
• [文献書誌] 大石健 他4名: "High-yielding tfOH-catalyzed condensation of phenols with aromatic aldehydes at high pressure. A model synthesis of the benzylidene biphenol key skeleton of blepharismins"Tetrahedron Letters. (印刷中).
• [文献書誌] Checcucci,Giovanni,高田雄一,松岡達臣: "Studies on the photoreceptor pigment-protein complex of the ciliate Blepharisma japonicum"高知大学紀要. (印刷中). (2001)