表在性蛋白の構造と機能から酸素発生系の進化を探る

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640658
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 榎並 勲 東京理科大学, 理学部, 教授 (40084305)
• キーワード: 表在性蛋白 / 33kDa蛋白 / 進化 / 酸素発生系 / プロテアーゼ切断部位 / 化学修飾 / 正電荷 / リジン

研究概要

(1)33kDa蛋白のプロテアーゼ分解部位の決定による構造解析と植物種間での比較。
ラン色細菌、紅藻、ユーグレナ藻、緑藻、高等植物(ホウレンソウとイネ)の33kDa蛋白をキモトリプシンとV8プロテアーゼで処理し、それらの切断部位を比較した。その結果、プロテアーゼ分解部位から、33kDa蛋白の構造を3つのグループに分類することができることを発見した。すなわち、156〜195の間で優先的に切断されるラン色細菌と紅藻タイプ、16〜19のN末端近傍に切断部位をもつ高等植物タイプと、両者の切断部位を合わせ持つユーグレナ藻と緑藻タイプの33kDa蛋白に分類できることを見い出した。この事実は、33kDa蛋白の構造も酸素発生系の進化の過程で変化してきたことを示している。この結果については、すでにPlant and Cell physiology 43(4);429-439 (2002)に論文を掲載した。
(2)化学修飾法による33kDa蛋白のPSIIへの結合部位の決定と植物種による比較
紅藻の33kDa蛋白のPSII膜蛋白への結合部位に関与するアミノ酸残基を化学修飾法により決定した。まず、33kDa蛋白の正負どちらの電荷がPSII膜蛋白との結合に関与しているかについて調べた結果、負電荷を消去しても結合には影響がないにもかかわらず、正電荷を消去すると結合できなくなることを発見した。次に、正電荷を有するLys残基を同定するために、PSII膜蛋白に結合した状態とfreeの33kDa蛋白の正電荷を修飾した後、V8プロテアーゼで完全に限定分解し、TOF MASSにより解析した。その結果、15,30〜42,74,127,128,151,164,194,198,213,238〜246番目のLys残基が結合に関与していると同定できた。この結果は、すでに筆者らがホウレンソウの33kDa蛋白で報告した結合部位とほぼ一致した(J. Biol. Chem. 272;3788-3798,1997)。従って、結合部位に関しては、紅藻から高等植物まで33kDa蛋白の構造は保存されていることを示すことになる。この結果についても、論文にまとめる予定である。

研究成果

• [文献書誌] Seo, D., Tomioka, A., Kusumoto, N., Kamo, M., Enami, I., Sakurai, H.: "Purification of ferredoxins and their reaction with purified reaction center complex from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum"Biochim. Biophys. Acta. 1503. 377-384 (2001)
• [文献書誌] Okumura, A., Ohta, H., Inoue, Y., Enami, I.: "Identification of functional domains of the extrinsic 12 kDa protein in red algal PSII by limited proteolysis and directed mutagenesis"Plant Cell Physiol.. 42(12). 1331-1337 (2001)
• [文献書誌] Kamiya, S., Kato, R., Wakabayashi, M., Tohyama, T., Enami, I., Fukai, F.et al.: "Fibronectin peptides derived from two distinct regions stimulate adipocyte differentiation by preventing fibronectin matrix assembly"Biochemistry. 41(9). 3270-3277 (2002)
• [文献書誌] Tohri, A., Suzuki, T., Okuyama, S., Kamino, K., Motoki, A., Enami, I.et al.: "Comparison of the structure of the extrinsic 33 kDa protein from different organisms"Plant Cell Physiol.. 43(4). 429-439 (2002)
• [文献書誌] Suzuki, T., Minagawa, J., Tomo, T., Sonoike, K., Ohta, H., Enami, I.: "Binding and functional properties of the extrinsic proteins in oxygen-evolving Photosystem II particle from a green alga, Chlamydomonas reihardtii having His-tagged"Plant Cell Physiol.. 44(1). 76-84 (2003)