植物運動制御を担うLOVタンパク質の分子構造とシグナル伝達初期過程

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17084008
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 徳富 哲 大阪府立大学, 理学系研究科, 教授 (90142009)
• 研究分担者: 吉原 静恵 大阪府立大学, 理学系研究科, 助手 (20382236)
• キーワード: 植物 / 青色光受容 / フラビンタンパク質 / フォトトロピン / LOVドメイン / 光反応 / シグナル伝達 / 分子構造

研究概要

植物青色光受容体の一つフォトトロピンは、光屈性、葉緑体光定位運動、気孔開口、葉の伸展運動など、光合成効率を、個体、器官、細胞レベルで最適化反応光制御の受容体として重要な役割を果たしている。フォトトロピンはN-末端側にLOVと呼ばれる光受容ドメインを二つ(LOV1、LOV2)もちC-末端側はセリン/スレオニンキナーゼとなっていて、光制御キナーゼとして働くと考えられている。同キナーゼに関して、これまで、自己リン酸化しか知られていなかったが、自身以外にも同キナーゼの一般的基質であるカゼインをリン酸化する能力を有することを初めて証明し、この系を用い、LOV2が光活性制御のメインスイッチとしてとして働き、LOV1はその光感度鈍化を行っていることを見つけ両者の役割分担を明らかにした。各LOVドメインは発色団としてFMNを1分子非共有結合で保持している。青色光照射にともないLOVドメインのFMNは、暗状態(D450)から励起1重項状態を経て系間交叉により励起三重項中間体(L660)を形成し、さらにLOVドメイン内に保存されたシステインと付加物を形成する。(S390)は緩和過程を経てD450に戻る。名工大・工グループと共同で、低温振動分光によりD450でシステインのS-Hがプロトン化してチオール状態にあることを報告していたが、さらにL660でもプロトン化していることを見つけ付加物形成反応機構解明に関する情報を得た。さらにアミドI伸縮振動の光照射による変化から、2次構造変化においてLOV2とLOV1に大きな違いがあることを見つけ、両者間の機能の違いの分子的基盤解明に有用な情報を与えた。さらに京大・理グループと共同で、過渡回折法によりLOV2とキナーゼドメインとの間の部分で、大きな構造変化が起きていることを見つけ、キナーゼ活性制御との関連を議論した。

研究成果

• [雑誌論文] Primary processes during the light-signal transduction of phototropin. (2007)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka, D., Iwata, T., Zikihara, K., Kandori, H., Tokutomi, S.
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol 83 ページ: 122-130
• [雑誌論文] Dynamics of conformational changes of Arabidopsis phototropin 1 LOV2 with the linker domain. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakasone, Y., Eitoku T., Matsuoka, D., Tokutomi, S., Terazima, M.
  • 雑誌名: J. Mol. Bil. (印刷中)
• [雑誌論文] Identification of the C=O stretching vibrations of FMN and peptide backbone by 13C-labeling of the LOV2 domain of Adiantum phytochrome3 (2006)
  • 著者名/発表者名: Iwata, T., NozakI, D., Sato, Y., Sato, K., Nishina, Y., Shiga, K., Tokutomi, S., Kandori, H.
  • 雑誌名: Biochemistry 45 ページ: 15384-15391
• [雑誌論文] Three Putative Photosensory LOV Domains with Distinct Biochemical Properties from the Filamentous Cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120. (2006)
  • 著者名/発表者名: Narikawa, R., Zikihara, K., Okajima, K., Ochiai, Y., Katayama, M., Shichida, Y., Tokutomi, S., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. 82 ページ: 1627-1633
• [雑誌論文] Photoreaction cycle of LOV domain in FKF1 determined by low-temperature absorption spectroscopy. (2006)
  • 著者名/発表者名: Zikihara, K., Iwata, T., MatsuokaD., Kandori, H., Todo, T., Tokutomi, S.
  • 雑誌名: Biochemistry 36 ページ: 10828-10837
• [雑誌論文] Kinetic measurement of transient dimerization and dissociation reactions of Arabidopsis phototropin 1 LOV2 domain. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakasone, Y., Eitoku T., Matsuoka, D., Tokutomi, S., Terazima, M.
  • 雑誌名: Biophys J. 91 ページ: 645-653
• [雑誌論文] Reconstitution of blue/green reversible photoconversion of a cyanobacterial photoreceptor, PixJ1, in phycocyanobilin producing E. coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara, S., Shimada, T., Matsuoka, D., Zikihara, K., Kohchi, T., Tokutomi, S.
  • 雑誌名: Biochyemistry 45 ページ: 3783-3792
• [雑誌論文] 植物光センサーの多様性と光受容分子メカニズム (2006)
  • 著者名/発表者名: 松岡大介, 吉原静恵, 徳富 哲
  • 雑誌名: 生物物理、日本生物物理学会 46 ページ: 324-329
• [図書] エヌ・ティー・エス (2006)
  • 著者名/発表者名: 徳富 哲, 吉原静恵
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 植物光センサータンパク質「プラントミメティックス~植物に学ぶ~」(甲斐昌一、森川弘道 監修)