X線結晶構造解析法による光合成系II膜蛋白質複合体の機能制御機構の研究

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16087102
• 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: 大阪市立大学 (2005-2009); 独立行政法人理化学研究所 (2004)
• 研究代表者: 神谷 信夫 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60152865)
• 研究分担者: 沈 建仁 岡山大学, 理学部, 教授 (60261161) ; 池内 昌彦 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (20159601) ; 中里 勝芳 日本大学, 文理学部, 准教授 (50172292)
• 連携研究者: 梅名 泰史 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 博士研究員 (10468267)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2009
• キーワード: 光合成 / X線結晶構造解析 / 膜蛋白質 / 超分子 / 光エネルギー変換 / 酸素発生

研究概要

光化学系II膜蛋白質複合体(PSII)は,光合成で,太陽光エネルギーを利用して水から酸素を発生させている.我々はPSIIの全体構造はもとより,酸素発生中心となるMn4Caクラスターの詳細な構造を世界で初めて決定することに成功した.PSIIは酸素発生と同時に,炭酸同化に利用される化学エネルギーも発生させており,本研究は,それを有効利用するグリーンケミストリーに確固たる構造的基盤を提供するものである.

研究成果

• [雑誌論文] Structural and functional studies on Ycf12 (Psb30) and PsbZ deletion mutants from a thermophilic cyanobacterium (2010)
  • 著者名/発表者名: Takasaka, K., Iwai, M., Umena, Y., Kawakami, K., Ikeuchi, M., Kamiya, N., Shen, J. -R.
  • 雑誌名: BBA 1797 ページ: 278-284
  • 査読あり
• [雑誌論文] Location of chloride and its possible functions in oxygen-evolving photosystem II revealed by X-ray crystallography (2009)
  • 著者名/発表者名: Kawakami, K., Umena, Y., Kamiya, N., Shen, J. -R.
  • 雑誌名: PNAS 106 ページ: 8567-8572
  • 査読あり
• [雑誌論文] Towards structural elucidation of eukaryotic photosystem II: Purification, crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of photosystem II from a red alga (2009)
  • 著者名/発表者名: Adachi, H., Umena, Y., Enami, I., Henmi, T., Kamiya, N., Shen, J. -R.
  • 雑誌名: BBA 1787 ページ: 121-128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Is the photosystem II complex a monomer or a dimer? (2009)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M., Iwai, M., Narikawa, R., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 50 ページ: 1674-1680
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray crystallographic and biochemical characterizations of a mutant Photosystem II complex from Thermosynechococcus vulcanus with the psbTc gene inactivated by an insertion mutation (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Henmi, M. Iwai, M. Ikeuchi, K. Kawakami, J. -R. Shen, N. Kamiya
  • 雑誌名: J. Synchrotron Rad. 15 ページ: 304-307
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2, 2 ' -b-hydroxylase is involved in carotenogenesis of both nostoxanthin and 2-hydroxymyxol 2 ' -fucoside in Thermosynechococcus elongatus strain BP-1. (2008)
  • 著者名/発表者名: Iwai, M., Maoka, T., Ikeuchi, M., Takaichi, S.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 49 ページ: 1678-1687
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structural analysis of photosystem II complex with the novel method to reduce X-ray radiation damage (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Okumura, R. Nagao, T. Suzuki, S. Yamagoe, M. Iwai, K. Nakazato, I. Enami
  • 雑誌名: BBA 1777 ページ: 1545-1551
  • 査読あり
• [雑誌論文] Location of PsbY in oxygen-evolving photosystem II revealed by mutagenesis and X-ray crystallography (2007)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Kawakami, Masako Iwai, Masahiko Ikeuchi, Nobuo Kamiya, Jian-Ren Shen
  • 雑誌名: FEBS Lett. 581 ページ: 4983-4987
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aromatic structure of Tyrosine-92 in the extrinsic PsbU protein of red algal Photosystem II is important for its functioning (2007)
  • 著者名/発表者名: Akinori Okumura, Masanori Sano, Takehiro Suzuki, Hiroyasu Tanaka, Ryo Nagao, Katsuyoshi Nakazato, Masako Iwai, Hideyuki Adachi, Jian-Ren Shen, Isao Enami
  • 雑誌名: FEBS Lett. 581 ページ: 5255-5258
  • 査読あり
• [雑誌論文] g-Anisotropy of the S2-state manganese cluster in single crystals of cyanobacterial photosystem II studied by W-band electron paramagnetic resonance spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka H., Furukawa K., Kato T., Mino H., Shen J. -R., Kawamori A.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B. 110 ページ: 13242-13247
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lipids in Oxygen-Evolving Photosystem II Complexes of Cyanobacteria and Higher Plants (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakurai I., Shen J. -R., Leng J., Ohashi S., Kobayashi M., Wada H.
  • 雑誌名: J. Biochem. (Tokyo) 140 ページ: 201-209
  • 査読あり
• [雑誌論文] Absence of the psbH gene product destabilizes Photosystem II complex: the lack of PSII-X protein in the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus BP-1 (2006)
  • 著者名/発表者名: Iwai, M., Katayama, M., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 87 ページ: 313-322
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutations in a putative chloride efflux transporter gene suppress the chloride requirement of the photosystem II in pdbV-disruptant (or cytochrome c550 deficient mutant) (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, M., Katoh, H., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 47 ページ: 799-804
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure Equilibrium and Jump Study on Unfolding of 23kDa Protein from Spinach Photosystem II (2005)
  • 著者名/発表者名: Tan C. -Y., Xu C. -H., Wong J., Shen J. -R., Sakuma S., Yamamoto Y., Lange R., Balny C., Ruan K. -C.
  • 雑誌名: Biophys J. 88 ページ: 1264-1275
  • 査読あり
• [雑誌論文] Key cofactors of photosystem II cores from four organisms identified by 1. 7-K absorption (2005)
  • 著者名/発表者名: Arskold S.P., Smith P.J., Shen J. -R., Pace R.J., Krausz E.
  • 雑誌名: CD and MCD, Photosynthesis Res. 84 ページ: 309-316
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distribution of the extrinsic proteins as a potential marker for the evolution of photosynthetic oxygen-evolving photosystem II (2005)
  • 著者名/発表者名: Enami I., Suzuki T., Tada O., Nakada Y., Nakamura K., Tohri A., Ohta H., Inoue I., Shen J. -R.
  • 雑誌名: FEBS Journal 272 ページ: 983-990
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quality control of photosystem II: An FtsH protease plays an essential role in the turnover of the reaction center D1 protein in Synechocystis PCC 6803 under heat stress as well as light stress conditions (2005)
  • 著者名/発表者名: Kamata T., Hiramoto H., Morita N., Shen J. -R., Mann N.H., Yamamoto Y.
  • 雑誌名: Photochemical & Photobiological Sciences 4 ページ: 83-990
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pigment exchange of Phosystem II reaction center by chlorophyll d (2005)
  • 著者名/発表者名: Tomo T., Hirano E., Nagata J., Nakazato K.
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 84 ページ: 77-83
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光化学系II複合体の構造と機能 (2005)
  • 著者名/発表者名: 神谷信夫, 沈建仁
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素 50 ページ: 1174-1179
• [雑誌論文] Improved genetic transformation of the thermophilic cyanobacterium (2004)
  • 著者名/発表者名: Iwai, M., Katoh, H., Katayama, M., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: Thermosynechococcus elongatus BP-1, Plant Cell Physiol. 45 ページ: 171-175
  • 査読あり
• [雑誌論文] Response to oxidative stress involves a novel peroxiredoxin gene in the unicellular cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2004)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, M., Ishizuka, T., Katayama, M., Kanehisa, M., Bhattacharyya-Pakrasi, M., Pakrasi, H.B., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 50 ページ: 290-299
  • 査読あり
• [雑誌論文] PSII-Tc protein plays an important role in dimerization of Photosystem II. (2004)
  • 著者名/発表者名: Iwai, M., Katoh, H., Katayama, M., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45 ページ: 1809-1816
  • 査読あり
• [学会発表] 光化学系II複合体結晶の分解能向上 (2010)
  • 著者名/発表者名: 川上恵典、梅名泰史、田代隆慶、神谷信夫、沈建仁
  • 学会等名: 第51回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20100318-20100321
• [学会発表] 紅藻由来光化学系II複合体の精製と結晶の分解能の改善 (2010)
  • 著者名/発表者名: 足立秀行、梅名泰史、田代隆慶、榎並勲、神谷信夫、沈建仁
  • 学会等名: 第51回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20100318-20100321
• [学会発表] Structure around Oxygen- Evolving Mn4OxCa-Cluster of Photosystem II Complex from Thermosynechococcus vulcanus (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Kamiya
  • 学会等名: 2010 OCU International Symposium on the Foundation of Enbironmental Research
  • 発表場所: Awaji, Japan
  • 年月日: 20100308-20100309
• [学会発表] 光化学系II膜蛋白質複合体の酸素発生中心の構造研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 梅名泰史, 川上恵典, 大熊章郎, 西条慎也, 内藤久志, 沈建仁, 神谷信夫
  • 学会等名: 日本結晶学会
  • 発表場所: 大坂
  • 年月日: 20091205-20091206
• [学会発表] X線損傷低減データに基づく光化学系II複合体の酸素発生中心の構造研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 梅名泰史・川上恵典・大熊章郎・西条慎也・内藤久志・沈建仁・神谷信夫
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20090520-20090522
• [学会発表] 光化学系II二量体の形成・安定化におけるPsbM, PsbIサブユニットの役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 川上恵典, 岩井雅子, 川端洋輔, 逸見隆博, 池内昌彦, 神谷信夫, 沈建仁
  • 学会等名: 第50回日本植物生理学会年会
  • 年月日: 20090321-20090324
• [学会発表] Ycf12、PsbZ欠失変異体由来光化学系IIのX線結晶構造解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高坂賢之、岩井雅子、梅名泰史、神谷信夫、川上恵典、沈建仁
  • 学会等名: 第50回日本植物生理学会年会
  • 年月日: 20090321-20090324
• [学会発表] X線損傷低減データに基づく酸素発生光化学系II粒子の構造精密化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 梅名泰史, 川上恵典, 大熊章郎, 西条慎也, 内藤久志, 沈建仁, 神谷信夫
  • 学会等名: 日本結晶学会2007年度年会
  • 年月日: 20081201-20081202
• [学会発表] Crystal structural analysis of photosystem II complex with the novel method to reduce X-ray radiation damage (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Umena, K. Kawakami, A. Ohkuma, S. Saijyou, H. Naitow, J. -R. Shen, N. Kamiya
  • 学会等名: XXI Congress of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 20080823-20080831
• [学会発表] Coordination structure and functional implications of two Cl-binding sites in oxygen-evolving photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kawakami, Y. Umena, N. Kamiya, J. -R. Shen
  • 学会等名: XXI Congress of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 20080823-20080831
• [学会発表] Purification, crystallization and preliminary X-ray analysis of photosystem II dimer from a red alga Cyanidium caldarium (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Adachi, Y. Umena, I. Enami, N. Kamiya, J. -R. Shen
  • 学会等名: XXI Congress of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 20080823-20080831
• [学会発表] psbTc遺伝子を破壊した好熱性ラン藻変異株光化学系II複合体の結晶構造解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 逸見隆博、岩井雅子、池内昌彦、沈建仁、神谷信夫
  • 学会等名: 植物生理学会年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20080328-20080330
• [学会発表] 紅藻Cyanidium caldarium由来光化学系II複合体の精製・結晶化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 足立秀行、榎並勲、逸見隆博、神谷信夫、沈建仁
  • 学会等名: 植物生理学会年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20080328-20080330
• [学会発表] PsbMサブユニットを欠失した光化学系II複合体の結晶構造解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 川端洋輔、逸見隆博、岩井雅子、末益卓、川上恵典、青山智佳、池内昌彦、神谷信夫、沈建仁
  • 学会等名: 植物生理学会年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20080328-20080330
• [学会発表] Crystal Structure Analysis of a Mutant Photosystem II Complex from Thermosynechococcus vulcanus with the psbTc Gene Inactivated by an Insertion Mutation (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Henmi, M. Iwai, M. Ikeuchi, K. Kawakami, J. -R. Shen, N. Kamiya
  • 学会等名: The second International Symposium on Diffraction Structural Biology 2007
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20070910-20070913
• [学会発表] Structural analysis of mutant Photosystem II complexes from Thermosynechococcus vulcanus (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kawakami, Y. Kawabata, T. Henmi, M. Iwai, M. Ikeuchi, N. Kamiya, J. -R. Shen
  • 学会等名: The second International Symposium on Diffraction Structural Biology 2007
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20070910-20070913
• [学会発表] Purification and crystallization of photosystem II complex from a red alga Cyanidium caldarium (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Adachi, I. Enami, T. Henmi, N. Kamiya, J. -R. Shen
  • 学会等名: The second International Symposium on Diffraction Structural Biology 2007
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20070910-20070913
• [学会発表] 紅藻Cyanidium caldarium光化学系II結晶分解能の改善とx線による分析
  • 著者名/発表者名: 足立秀行、梅名泰史、榎並勲、神谷信夫、沈建仁
  • 学会等名: 第50回日本植物生理学会年会
  • 年月日: 00000321-00000324
• [図書] A Structural Approach(Photosynthetic Protein Complexes) (2008)
  • 著者名/発表者名: Shen J. -R., Henmi T., Kamiya N
  • 総ページ数: 24
  • 出版者: WILEY-VCH
• [図書] The Light-Driven Water:Plastoquinone Oxidoreductase (2005)
  • 著者名/発表者名: Shen J. -R., Kamiya N.
  • 総ページ数: 29
  • 出版者: Springer
• [産業財産権] タンパク質溶解度測定方法、結晶製造方法、及びそのための装置 (2008)
  • 発明者名: 中里勝芳
  • 権利者名: 中里勝芳
  • 産業財産権番号: 特許・第4110224号
  • 取得年月日: 2008-04-18
• [産業財産権] 非イオン性界面活性剤自動除去装置 (2004)
  • 発明者名: 中里勝芳
  • 権利者名: 中里勝芳
  • 産業財産権番号: 特許・第3565683号
  • 取得年月日: 2004-06-18