葉緑体機能を支えるレドックス制御システムの包括的解析

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03241
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 吉田 啓亮 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40632310)
• 研究分担者: 増田 建 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (00242305) ; 川合 真紀 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10332595)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 光合成 / レドックス制御 / 葉緑体 / チオレドキシン

研究実績の概要

移動能力を欠く植物が、絶えず変動する光環境で効率よく光合成を行うためには、光合成の場である葉緑体の機能を柔軟かつ精密に制御する必要がある。本研究では、酸化還元を基盤としたタンパク質の翻訳後制御であるレドックス制御に注目する。近年、葉緑体のレドックス制御系は、多くのタンパク質（複数のチオレドキシン分子種などの制御因子群と様々な葉緑体機能に関与する標的酵素群）が関わるネットワーク上システムとして再認識されており、そのシステム全体の分子基盤や生理意義の解明が重要な課題となっている。本研究課題では、分子生物学・生化学から生理生態学までを貫徹する基礎研究を行い、葉緑体機能を統御するレドックス制御系を包括的に理解することを目的とした。
当該年度は、１）還元エネルギーの起点となる電子伝達系と標的酵素のレドックス制御が作動効率の観点でどのようにリンクしているのかを明らかにし、レドックス制御系のダイナミクスに関する新規の知見を得た（Plant Cell Physiol. 2024）。２）NADPHを還元力として用いるレドックス制御因子であるNTRCの阻害因子を同定した（Biochem. Biophysic. Res. Commun. 2023）。３）研究代表者が以前同定したタンパク質酸化因子であるACHTの過剰発現が、光合成のフィードバック阻害を導くことを明らかにした（J. Plant Res. 2024)。以上より、レドックス制御系の全貌解明に確実に結びつく成果を挙げることができた。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] The phosphorylated pathway of serine biosynthesis affects sperm, embryo, and sporophyte development, and metabolism in Marchantia polymorpha (2024)
  • 著者名/発表者名: Wang M., Tabeta H., Ohtaka K., Kuwahara A., Nishihama R., Ishikawa T., Toyooka K., Sato M., Wakazaki M., Akashi H., Tsugawa H., Shoji T., Okazaki Y., Yoshida K., Sato R., Ferjani A., Kohchi T., Hirai M.Y.
  • 雑誌名: Commun. Biol. 巻: 7 ページ: 102
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05746-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Divergent protein redox dynamics and their relationship with electron transport efficiency during photosynthesis induction (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K., Hisabori T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1093/pcp/pcae013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Overexpression of thioredoxin-like protein ACHT2 leads to negative feedback control of photosynthesis in Arabidopsis thaliana (2024)
  • 著者名/発表者名: Fukushi Y., Yokochi Y., Hisabori T., Yoshida K.
  • 雑誌名: J. Plant Res. 巻: 137 ページ: 445-453
  • DOI: 10.1007/s10265-024-01519-2.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cystathionine-β-synthase X proteins negatively regulate NADPH-thioredoxin reductase C activity (2023)
  • 著者名/発表者名: Tran C.M., Mihara S., Yoshida K., Hisabori T.
  • 雑誌名: Biochem. Biophysic. Res. Commun. 巻: 653 ページ: 47-52
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.02.055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chloroplast translation factor EF-Tu of Arabidopsis thaliana can be inactivated via oxidation of a specific cysteine residue (2023)
  • 著者名/発表者名: Toriu M., Horie M., Kumaki Y., Yoneyama T., Kore-eda S., Mitsuyama S., Yoshida K., Hisabori T., Nishiyama Y.
  • 雑誌名: Biochem. J. 巻: 480 ページ: 307-318
  • DOI: 10.1042/BCJ20220609
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two specific domains of the ? subunit of chloroplast FOF1 provide redox regulation of the ATP synthesis through conformational changes (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiyama K., Ozawa S-I., Takahashi Y., Yoshida K., Suzuki T., Kondo K., Wakabayashi K-I., Hisabori T.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 120 ページ: e2218187120
  • DOI: 10.1073/pnas.2218187120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current insights into the redox regulation network in plant chloroplasts (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K., Hisabori T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 64 ページ: 704-715
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The ferredoxin/thioredoxin pathway constitutes an indispensable redox-signaling cascade for light-dependent reduction of chloroplast stromal proteins (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K., Yokochi Y., Tanaka K., Hisabori T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 298 ページ: 102650
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102650
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dissipation of the proton electrochemical gradient in chloroplasts promotes the oxidation of ATP synthase by thioredoxin-like proteins (2022)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi T., Yoshida K., Wakabayashi K-I., Hisabori T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 298 ページ: 102541
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102541
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Verification of the relationship between redox regulation of thioredoxin target proteins and their proximity to thylakoid membranes (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukushi Y., Yokochi Y., Wakabayashi K-I., Yoshida K., Hisabori T.
  • 雑誌名: Antioxidants 巻: 11 ページ: 773
  • DOI: 10.3390/antiox11040773
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The importance of the C-terminal Cys pair of phosphoribulokinase in phototrophs in thioredoxin-dependent regulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukui K., Yoshida K., Yokochi Y., Sekiguchi T., Wakabayashi K-I., Hisabori T., Mihara S.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 63 ページ: 855-868
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] クラミドモナスPGRL1 タンパク質におけるシステイン残基の機能解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 高橋拓子，井須敦子，吉田啓亮，若林憲一，久堀徹，西山佳孝
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケの発生におけるセリン生合成リン酸化経路の機能 (2024)
  • 著者名/発表者名: 平井優美，王梦瑶，多部田弘光，大高きぬ香，桑原亜由子，西浜竜一，石川寿樹，豊岡公徳，佐藤繭子，若崎眞由美，明石寛道，津川裕司，庄司翼，岡咲洋三，吉田啓亮，佐藤諒一，Ali Ferjani，河内孝之
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナpifi 変異体における光化学系II 最大量子収率の低下と葉緑体NDH 複合体活性の関わり (2024)
  • 著者名/発表者名: 村井美波，木村文香，今泉滉，吉田啓亮，車玉芬，石川規子，久堀徹，上妻馨梨，伊福健太郎
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 光合成誘導期におけるレドックス制御と電子伝達効率の関連性 (2024)
  • 著者名/発表者名: 吉田啓亮，久堀徹
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Functional analysis of Trx-like protein CDSP32 in chloroplast redox regulation (2024)
  • 著者名/発表者名: Minh Chau Tran, Keisuke Yoshida
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける色素体局在型Trx 様タンパク質の胚形成への関与 (2024)
  • 著者名/発表者名: 福士結香，横地佑一，久堀徹，吉田啓亮
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける葉緑体内局在型Trx様タンパク質の非光化学的消光制御への関与 (2023)
  • 著者名/発表者名: 福士結香，横地佑一，若林憲一，吉田啓亮，久堀徹
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Biochemical Basis for Redox Regulation of Chloroplast-Localized Phosphofructokinase from Arabidopsis thaliana (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉田啓亮、久堀徹
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Uncovering redox regulation network in plant chloroplasts (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K.
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023 (TJPB2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The role of PGRL1 in the photoprotection of photosystem I in the green alga Chlamydomonas reinhardtii (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahashi H., Takayama K., Isu A., Wakabayashi KI., Yoshida K. Hisabori T., Nishiyama Y.
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023 (TJPB2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Physiological impacts of Trx-like protein overexpression in Arabidopsis chloroplasts (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukushi Y., Hisabori T., Yoshida K.
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023 (TJPB2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Cystathionine-beta-synthase X proteins negatively regulate NADPH-thioredoxin reductase C activity (2023)
  • 著者名/発表者名: Tran C.M., Mihara S., Yoshida K., Hisabori T.
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023 (TJPB2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 光合成のレドックス制御に関わるPost-Illumination Chlorophyll Fluorescence Increase (PIFI)タンパク質の分子機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 村井美波，吉田啓亮，車玉芬，石川規子，久堀徹，伊福健太郎
  • 学会等名: 第12回日本光合成学会年会およびシンポジウム
• [学会発表] Trx およびTrx 様タンパク質による葉緑体タンパク質の酸化制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 福士結香，横地佑一，若林憲一，吉田啓亮，久堀徹
  • 学会等名: 第12回日本光合成学会年会およびシンポジウム
• [学会発表] Functional interaction between Cystathionine-β-synthase X proteins and NADPH-thioredoxin reductase C in Arabidopsis thaliana (2022)
  • 著者名/発表者名: Minh Chau Tran, Shoko Mihara, Ken-ichi Wakabayashi, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori
  • 学会等名: 第12回日本光合成学会年会およびシンポジウム
• [学会発表] Redox regulation system in chloroplasts; what we know about reduction and oxidation of target enzymes (2022)
  • 著者名/発表者名: Toru Hisabori, Yuichi Yokochi, Takatoshi Sekiguchi, Yuka Fukushi, Ken-Ichi Wakabayashi, Keisuke Yoshida
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Regulation
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Oxidative regulation of chloroplast ATP synthase by thioredoxin-like proteins (2022)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi Takatoshi, Keisuke Yoshida, Ken-Ichi Wakabayashi, Toru Hisabori
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Regulation
  • 国際学会
• [備考] 東工大ニュース：光が当たると光合成酵素が活性化する分子メカニズム
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2022/065239
• [備考] 東工大化生研 田中・吉田研究室
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~biores/