変異体構造解析による光化学系?複合体の構造制御機構の解明

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20570038
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子生物・生理学
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 沈 建仁 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (60261161)
• 研究協力者: 神谷 信夫 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60152865) ; 梅名 泰史 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 博士研究員 ; 川上 恵典 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 大学院生 ; 高坂 賢之 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 大学院生 ; 岩井 雅子 (小黒 雅子) 東京理科大学, 理工学部, 助教 (90385526) ; 池内 昌彦 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (20159601)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 光合成 / 光化学系II / 酸素発生 / 電子伝達 / 膜タンパク質 / 結晶化 / 構造解析 / 変異体

研究概要

光化学系II複合体(PSII)の構造制御機構を解明するため、各種低分子量サブユニット欠損株由来PSIIの構造・機能解析を行った。Ycf12(Psb30)欠損株由来PSIIの結晶構造解析によりその存在位置を確認し、PsbZ欠損株を用いた研究では、PsbZがPsbKとYcf12のPSIIへの結合に必要であることを示した。また、PsbMはPSII二量体の安定性を維持するのに必要であるが、PsbIは二量体の形成に必要であることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Structure of the catalytic, inorganic core of oxygen-evolving photosystem II at 1.9 A resolution. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kawakami K., Umena Y., Kamiya N., ShenJ.-R.
  • 雑誌名: J.Photochem.Photobiol.B 104 ページ: 9-18
• [雑誌論文] Crystal structure of oxygen-evolving photosystem II at 1.9 A resolution. (2011)
  • 著者名/発表者名: Umena Y., Kawakami K., Shen J.-R., Kamiya N.
  • 雑誌名: Nature 473 ページ: 55-60
• [雑誌論文] Labile electronic and spin states of the CaMn_4O_5 cluster in the PSII system refined to the 1.9 A X-ray resolution. UB3LYP computational results. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kanda K., Yamanaka S., Saito T., Umena Y., Kawakami K., Shen J.-R., Kamiya N., Okumura M., Nakamura H., Yamaguchi K.
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 506 ページ: 98-103
• [雑誌論文] Roles of PsbI and PsbM in photosystem II dimer formation and stability studied by deletion mutagenesis and X-ray crystallography. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kawakami K., Umena Y., Iwai M., Kawabata Y., Ikeuchi M., Kamiya N., Shen J.-R.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta 1807 ページ: 319-325
• [雑誌論文] Proton-Coupled Electron-Transfer Processes in Photosystem II Probed by Highly Resolved g-Anisotropy of Redox-Active Tyrosine Y(Z). (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka H., Shen J.-R., Kawamori A., Nishiyama K., Ohba Y., Yamauchi S.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 133 ページ: 4655-4660
• [雑誌論文] Photosynthetic oxygen evolution in mesoporous silica material : Adsorption of photosystem II reaction center complex into 23-nm nanopores in SBA. (2011)
  • 著者名/発表者名: Noji T., Kamidaki C., Kawakami K., Shen J.-R., Kajino T., Fukushima Y., Sekitoh T., Itoh S.
  • 雑誌名: Langmuir 27 ページ: 705-713
• [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., Ohmori Y., Ikeuchi M., Takahashi Y., Kamiya N., Shen J.-R.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta 1797 ページ: 278-284
• [雑誌論文] Binding and functional properties of five extrinsic proteins in oxygen-evolving Photosystem II from a marine centric diatom, Chaetoceros gracilis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagao R., Moriguchi A., Tomo T., Niikura A., Nakajima S., Suzuki T., Okumura A., Iwai M., Shen J.-R., Ikeuchi M., Enam I.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 285 ページ: 29191-29199
• [雑誌論文] Topological analysis of the extrinsic PsbO, PsbP and PsbQ proteins in a green algal PSII complex by cross-linking with a water-soluble carbodiimide. (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagao R., Suzuki T., Okumura A., Niikura A., Iwai M., Dohmae N., Tomo T., Shen J.-R., Ikeuchi M., Enami I.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 51 ページ: 718-727
• [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: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 106 ページ: 8567-8572
• [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: Biochim.Biophys.Acta 1787 ページ: 121-128
• [雑誌論文] Probing tyrosine Z oxidation in photosystem II core complex isolated from spinach by EPR at liquid helium temperatures. (2009)
  • 著者名/発表者名: Ren Y., Zhang C., Bao H., Shen J.-R., Zhao J.
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 99 ページ: 127-138
• [雑誌論文] Effects of phospholipase and lipase treatments on photosystem II core dimer from a thermophilic cyanobacterium. (2008)
  • 著者名/発表者名: Leng J., Sakurai I., Wada H., Shen J.-R.
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 98 ページ: 469-478
• [雑誌論文] X-ray crystallographic and biochemical characteri-zations 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: Henmi T., Iwai M., Ikeuchi M., Kawakami K., Shen J.-R., Kamiya N.
  • 雑誌名: J.Synchrotron Rad. 15 ページ: 304-307
• [雑誌論文] Acceptor side effects on the electron transfer at cryogenic temperatures in intact photosystem II. (2008)
  • 著者名/発表者名: Bao H., Zhang C., Kawakami K., Ren Y., Shen J.-R., Zhao J.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta 1777 ページ: 1109-1115
• [雑誌論文] Structures and functions of the extrinsic proteins of photosystem II from different species. (2008)
  • 著者名/発表者名: Enami I., Okumura A., Nagao R., Iwai I., Suzuki T., Shen J.-R.
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 98 ページ: 349-363
• [学会発表] 光合成酸素発生を可能にするMnクラスターの原子構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: 理研シンポジウム「生物を律する揺らぎのメカニズムを追い求めて-光合成と生体信号-」
  • 年月日: 20110419-20110420
• [学会発表] Atomic structure of photosystem II that enables photosynthetic water-splitting (2011)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: The Annual Review Conference of the Global COE program of University of Hyogo, "Picobiology : Life Science at the Atomic Level" for the fiscal year of 2010
  • 発表場所: Hyogo.
  • 年月日: 20110328-20110330
• [学会発表] 1.9 A 分解能の光化学系II 構造から見た光合成酸素発生の分子基盤 (2011)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁・梅名泰史・川上恵典・神谷信夫
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20110320-20110322
• [学会発表] Crystal structure of oxygen-evolving photosystem II at 1.9 A resolution (2011)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: Umea Renewable Energy Meeting 2011
  • 発表場所: Umea, Sweden.
  • 年月日: 20110317-20110318
• [学会発表] Crystal structure of oxygen evolving photosystem II at an atomic resolution (2011)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁., 梅名泰史., 川上恵典., 神谷信夫
  • 学会等名: JAPANESE-FINNISH Information-exchange Seminar 2011 "Future prospects of photosynthetic organisms : from genomes to environment"
  • 発表場所: Okayama.
  • 年月日: 20110301-20110305
• [学会発表] Crystal structure of oxygen evolving photosystem II at an atomic resolution (2010)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁., 梅名泰史., 川上恵典., 神谷信夫
  • 学会等名: The 70th Okazaki International Conference on Molecular mechanism of photosynthetic energy conversion : the present research and future prospects
  • 発表場所: Okazaki, Japan.
  • 年月日: 20101204-20101206
• [学会発表] Crystal structure of oxygen evolving Photosystem II at an atomic resolution (2010)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁., 梅名泰史., 川上恵典., 神谷信夫
  • 学会等名: 15^<th>International Congress Of Photosynthesis (PS2010)
  • 発表場所: Beijing, China.
  • 年月日: 20100822-20100828
• [学会発表] Charactarization of photosystem II from extrinsic protein-deleted mutants of a thermophilic cyanobacterium (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohmori Y., Iwai M., Ikeuchi M., Shen J.-R
  • 学会等名: 15^<th> International Congress Of Photosynthesis (PS2010)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20100822-20100828
• [学会発表] Mechanism of photosynthetic water-splitting based on the structural analysis of photosystem II (2010)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: Inaugural Conference on Molecular & Functional Catalysis (ICMFC-1)
  • 発表場所: Singapore.
  • 年月日: 20100711-20100715
• [学会発表] Structural and functional studies on native and various mutant photosystem II complexes (2010)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: GCOE Program : Picobiology : Life Sciences at the Atomic Level ; Annual Review Conference for the Fiscal Year of 2009
  • 発表場所: Harima.
  • 年月日: 20100328-20100330
• [学会発表] Mechanism of photosynthetic solar energy-conversion and water-splitting in biological systems (2010)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: 4th International Symposium on Commemoration of Exchange Agreement between National Taiwan University and Okayama University
  • 発表場所: Okayama.
  • 年月日: 2010-09-09
• [学会発表] 光化学系II複合体の酸素発生反応に関わるClの結合部位の同定 (2009)
  • 著者名/発表者名: 川上恵典、梅名康文、神谷信夫、沈建仁
  • 学会等名: 第15回日本光生物学協会年会
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 20090819-20090820
• [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
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20090321-20090324
• [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
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20090321-20090324
• [学会発表] Structure and function of oxygen-evolving photosystem II (2009)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: Pre-RCE Workshop on Catalysis for Efficient and Sustainable Energy
  • 発表場所: Singapore.
  • 年月日: 2009-05-28
• [学会発表] PsbM,PsbI欠失変異株における光化学系II複合体の構造・機能解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 川上恵典, 川端洋輔, 逸見隆博, 岩井雅子, 池内昌彦, 神谷信夫, 沈建仁
  • 学会等名: 特定領域研究「生体超分子の構造形成と機能制御の原子機構」第5回公開シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20081218-20081219
• [学会発表] 変異株を用いた光化学系II 低分子量サブユニットYcf12の位置決定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高坂賢之、岩井雅子、川上恵典、沈建仁、梅名泰史、神谷信夫
  • 学会等名: 特定領域研究「生体超分子の構造形成と機能制御の原子機構」第5回公開シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20081218-20081219
• [学会発表] 立体構造から探る光化学系II酸素発生反応の機構 (2008)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: 日本生物物理学会2008年度年会
  • 発表場所: 博多
  • 年月日: 20081203-20081205
• [学会発表] Roles of chloride and small subunits in PSII function and assembly studied by X-ray crystal structural analysis (2008)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: Japan-Finland Seminar : Genomics and Molecular Mechanisms of Regulation in Photosynthetic Organisms
  • 発表場所: Helsinki.
  • 年月日: 20081028-20081101
• [学会発表] 膜タンパク質を見る (2008)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 学会等名: 日本植物学会第72回大会
  • 発表場所: 高知
  • 年月日: 20080924-20080927
• [図書] Purification and crystallization of oxygen-evolving photosystem II core complex from thermophilic cyanobacteria.(In Methods in Molecular Biology : Photosynthesis Protocols)(Edited by R. Carpentier) (2010)
  • 著者名/発表者名: Shen J.-R., Kawakami K., Koike H.
  • 総ページ数: 41-51
  • 出版者: Springer NewYork Dordrecht Heidelberg London
• [図書] Isolation of photosystem II-enriched membranes and the oxygen-evolving complex (OEC) subunit proteins from higher plants.(Methods in Molecular Biology : Photosynthesis Protocols, Humana Press)(In R.Carpentier (ed.)) (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Y., Leng J., Shen J.-R.
  • 総ページ数: 1-10
  • 出版者: Springer NewYork Dordrecht Heidelberg London
• [図書] Mechanisms of acido-tolerance and characteris-tics of photosynthesis in an acido- and thermophilic aed alga, Cyanidium caldarium.(In Red Algae in The Genomics Age)(Edited by J.Seckbach and D.J.Chapman) (2010)
  • 著者名/発表者名: Enami I., Adachi H., 沈建仁
  • 総ページ数: 373-389
  • 出版者: Springer, Dordrecht.
• [図書] (2010)Location and function of chloride ions in oxygen-evolving photosystem II revealed by X-Ray crystallography (2009)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 総ページ数: 22-23
  • 出版者: SPring-8 Research Frontiers
• [図書] 「光化学系IIの例から見る膜タンパク質複合体の結晶化と構造解析」光合成研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁、川上恵典
  • 総ページ数: 19-25
• [図書] 「系II複合体の精製法」低温科学 (2009)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁・榎並勲
  • 総ページ数: 275-283
• [図書] 「電子伝達活性」低温科学 (2009)
  • 著者名/発表者名: 沈建仁
  • 総ページ数: 551-560
• [図書] Structure and Function of Photosystem II.(In Photosynthetic Protein Complexes, A Structural Approach)(Edited by F.Fromme) (2008)
  • 著者名/発表者名: Shen J.-R., Henmi T., Kamiya N.
  • 総ページ数: 83-106
  • 出版者: WILEY-VCH, Germany.
• [備考] 2011年4月18日日本経済新聞朝刊、産経新聞朝刊、日刊工業新聞、山陽新聞朝刊、中国新聞、朝日新聞夕刊等各紙や時事通信、共同通信がPSII の原子レベルの構造解明という研究成果について報道した。