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2020 年度 実施状況報告書

好熱性シアノバクテリア由来光合成超複合体の機能・構造解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K06528
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

川上 恵典  国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 研究員 (40619904)

研究分担者 長尾 遼  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任講師 (30633961)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード構造生物化学 / 光合成 / 光エネルギー / 電子顕微鏡
研究実績の概要

地球上に生息する植物や藻類は、太陽の光エネルギーを吸収して光合成を行っている。フィコビリソーム(Phycobilisome, PBS)は、巨大な水溶性の光捕集蛋白質複合体であり、吸収した光エネルギーを光化学系蛋白質群(光化学系I, 光化学系II)に伝達する。PBSから光化学系蛋白質群へのエネルギー伝達の仕組みは未だ詳細に解明されておらず、PBSの立体構造を明らかにすることは、藻類の光捕集・エネルギー伝達の仕組みを理解する上で極めて重要である。本研究は、PBSの立体構造を最新のクライオ電子顕微鏡測定・解析技術を駆使して解析し、PBSの光捕集・伝達システムを解明することを目的としている。2020年度は、好熱性シアノバクテリア由来PBSの全体構造を負染色構造解析によって明らかにし、その研究成果を国際雑誌『Biochimica et Biophysica Acta-Bioenergetics』に投稿、現在minor revisionで対応中である。また、共同研究者と共に分光学的解析によってPBSの光エネルギー伝達の仕組みを明らかにし、その研究成果を国際雑誌Photosynthesis Researchに投稿・受理された(現在proofの段階である)。そして、PBSのクライオ電子顕微鏡測定・解析に着手し、PBSの全体構造とアンテナの一部であるフィコシアニンロッドをそれぞれ3.7 Aと4.2 A分解能で解析、PBS内部とアンテナの相互作用を明らかにした。現在は、得られたPBSのクライオ構造データをまとめており、国際雑誌に投稿する準備を進めている。また、別の藻類であるアカリオクロリスの光捕集システムを明らかにするため、共同研究者と共にアカリオクロリス由来光化学系Iのクライオ電子顕微鏡解析を行い、その研究成果がNature Communicationsに受理された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2020年度は、好熱性シアノバクテリア由来PBSの立体構造解析及び分光学的解析をまとめ、得られた成果を国際雑誌に投稿した。そして、PBSのクライオ電子顕微鏡構造解析により、PBSの内部構造を明らかにすることができた。さらに、藻類の光捕集システムの詳細を明らかにするため、共同研究者と共にクロロフィルdをもつアカリオクロリス由来PSIのクライオ電子顕微鏡解析を2.5 A分解能で行い、クロロフィルdを用いた光捕集・電子伝達システムを解明した(Hamaguchi and Kawakami et al., Nature Communications, 2021)。
本研究は着々と進んでおり、得られた成果を国際雑誌に報告していることから、本研究課題は順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

今後の推進方策として、クライオ電子顕微鏡測定・解析で得られたデータをまとめ、その研究成果を国際雑誌に投稿する。そして、藻類の光捕集システムの解明を目指す。

次年度使用額が生じた理由

2020年度は所属研究機関が変更となったため、異動先の研究期間で本研究を行えれる環境をまずは構築すり必要性が生じた。そして、COVID-19の影響のため出張(学会発表や研究打ち合わせ)が行えなくなり、これらの理由から次年度使用額が生じた。
今後の使用計画として、現在の所属機関には光合成試料を詳細に分析する分光装置がない。このため本研究課題を遂行する上で必要な実験機材(PBSの分光解析に用いる機材)を導入していく。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Structure of the far-red light utilizing photosystem I of Acaryochloris marina2021

    • 著者名/発表者名
      Hamaguchi Tasuku、Kawakami Keisuke、Shinzawa-Itoh Kyoko、Inoue-Kashino Natsuko、Itoh Shigeru、Ifuku Kentaro、Yamashita Eiki、Maeda Kou、Yonekura Koji、Kashino Yasuhiro
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 ページ: 2333

    • DOI

      10.1038/s41467-021-22502-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design of PG-Surfactants Bearing Polyacrylamide Polymer Chain to Solubilize Membrane Proteins in a Surfactant-Free Buffer2021

    • 著者名/発表者名
      Shimamoto Taro、Nakakubo Tatsuki、Noji Tomoyasu、Koeda Shuhei、Kawakami Keisuke、Kamiya Nobuo、Mizuno Toshihisa
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 ページ: 1524~1524

    • DOI

      10.3390/ijms22041524

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoprotective Capabilities of Light-Harvesting Complex II Trimers in the Green Alga Chlamydomonas reinhardtii2020

    • 著者名/発表者名
      Kim Eunchul、Kawakami Keisuke、Sato Ryoichi、Ishii Asako、Minagawa Jun
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 ページ: 7755~7761

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c02098

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photocurrent generation by a photosystem I-NiO photocathode for a p-type biophotovoltaic tandem cell2020

    • 著者名/発表者名
      Takekuma Yuya、Ikeda Nobuhiro、Kawakami Keisuke、Kamiya Nobuo、Nango Mamoru、Nagata Morio
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 10 ページ: 15734~15739

    • DOI

      10.1039/d0ra01793k

    • 査読あり
  • [学会発表] 蛋白質複合体の立体構造解析とその評価2021

    • 著者名/発表者名
      川上恵典
    • 学会等名
      岡山大学資源植物科学研究所共同研究ワークショップ 「多様な光合成研究による植物の環境応答機構解明への挑戦
    • 招待講演
  • [図書] 光エネルギー変換における分子触媒の新展開2020

    • 著者名/発表者名
      日本化学会
    • 総ページ数
      224
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      4759813985

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公開日: 2021-12-27  

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