分光分析及び立体構造情報に基づくフラビンタンパク質の新規光反応機構の解明

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16770046
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 増田 真二 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 助手 (30373369)
• キーワード: 青色光受容体 / 光合成細菌 / BLUF / ラン色細菌 / 光走性 / FTIR / 赤外分光 / 光合成

研究概要

本研究では近年発見した新規青色光受容体BLUFタンパク質の光反応機構の解明を目標に研究を進めてきた。昨年度までの研究で、1)紅色細菌のBLUFタンパク質AppAとラン色細菌のBLUFタンパク質Slr1694はともに発色団としてフラビンを結合しており、その吸収スペクトルは光照射により10nm程長波長シフトすること、2)その際フラビンC4=0のカルボニル基に新たな水素結合が形成されることを、主にFTIR法を駆使し示してきた。本年度はAppAのBLUFドメインの結晶構造を決定するとともに大腸菌のBLUFタンパク質YcgFの解析も同時に行なった。その結果以下のことを明らかにした。
1)ラマン分光法によりAppAのBLUFドメインは光照射によりフラビンとアポタンパク質との相互作用変化を引き起こしていることを明らかにした。それらは昨年度までのFTIRの結果を支持するものであった。
2)AppAのBLUFドメインの結晶構造から、フラビン環C4=0のカルボニル酸素はY21,Q63,W104と水素結合ネットワークを形成していることがわかった。それぞれのアミノ酸に部位特異的置換を施したところ、Y21とQ63は光反応に必須であり、W104はその後引き起こされるアポタンパク質の構造変化に重要な役割を果たしていることを明らかにした。このことからBLUFドメインが光を受けると、Y21からの電子によりフラビンが還元され、続いてQ63の側鎖の向きが反転し、その後W104Aのコンフォメーションが変化する、という光サイクル反応のモデルを提唱することができた。
3)大腸菌のBLUFタンパク質YcgFの全長およびBLUFドメインを精製し、それぞれの光反応に伴う構造変化をFTIR法により解析した。その結果、N末端のBLUFドメインの構造変化が引き金となり、C末端のドメインの構造変化が引き起こされることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Light induced structural changes of a full-length protein and its BLUF domain in YcgF (Blrp), a blue-light sensing protein that uses FAD (BLUF) (2006)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, K., Masuda, S., Ono, T.
  • 雑誌名: Biochemistry (In press)
• [雑誌論文] フラビンを発色団とする新規青色光受容体BLUFタンパク質の光反応と機能 (2005)
  • 著者名/発表者名: 増田真二
  • 雑誌名: 生物物理 45 ページ: 308-313
• [雑誌論文] Triptophan at position 104 is invloved in transforming light signal into changes of β-sheet structure for the signaling state in the BLUF domain of AppA. (2005)
  • 著者名/発表者名: Masuda, S., Hasegawa, K., Ono, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 1894-1901
• [雑誌論文] Adenosine diphosphate moiety does not participate in structural changes for the signaling state in the sensor of blue-light using FAD domain of AppA. (2005)
  • 著者名/発表者名: Masuda, S., Hasegawa, K., Ono, T.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 579 ページ: 4329-4332
• [雑誌論文] Adenylyl cycles activity of Cya1 from the cyanobacterium Synechocystis sp.PCC 6803 is inhibited by bicarbonate. (2005)
  • 著者名/発表者名: Masuda, S., Ono, T.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 187 ページ: 5032-5035
• [雑誌論文] Light-induced structural changes in the active site of the BLUF domain in AppA by Raman spectroscopy. (2005)
  • 著者名/発表者名: Unno, M., Sano, R., Masuda, S., Ono, T., Yamauchi, S.
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 109 ページ: 12620-12626
• [雑誌論文] Structure of a novel photoreceptor, the BLUF domain of AppA from Rhodobacter sphaeroides (2005)
  • 著者名/発表者名: Anderson, S., Dragnea, V., Masuda, S., Ybe, J., Moffat, K., Bauer, C.E.
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 7998-8005
• [図書] Handbook of Photosensory Receptors (Briggs, W.R., Spudich, J., Eds.) (2005)
  • 著者名/発表者名: Masuda, S., Bauer, C.E.
  • 総ページ数: 13(433-445)
  • 出版者: Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim