光合成における翻訳のレドックス制御と環境応答の分子機構

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21570033
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 西山 佳孝 埼玉大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (30281588)
• キーワード: 光合成 / 翻訳系 / EF-G / レドックス制御 / チオレドキシン / タンパク質合成 / ラン藻

研究概要

光化学系II反応中心の再生には、D1タンパク質など反応中心を構成するタンパク質の新規合成が必要である。申請者らは近年、強光ストレス下で発生する活性酸素によって、これらのタンパク質の合成が翻訳伸長過程で阻害されることを明らかにした。さらに、タンパク質合成阻害のメカニズムとして、翻訳伸長反応を担う翻訳因子EF-Gが酸化され、特定のCys残基間にジスルフィド結合を形成して失活することを明らかにした。
本年度の研究では、シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803の葉緑体型EF-G(Slr1463)に着目して、酸化の標的Cys105をSerに改変したEF-Gを発現する変異株を作製し、強光ストレス下でのタンパク質合成および光化学系IIに対する影響を調べた。改変型EF-Gを野生型EF-Gとともに共発現させた株では、全般的なタンパク質合成は影響を受けず、D1タンパク質の新規合成のみが著しく促進した。さらに、この変異株では光化学系IIの光阻害が緩和した。光化学系IIの光損傷の過程が影響を受けなかったことから、修復が促進していることが考えられる。すなわち、EF-Gの改変によってタンパク質合成系の酸化ストレス耐性が増大し、その結果、修復の酸化ストレス阻害が抑制され、光阻害が緩和したことが示唆される。

研究成果

• [雑誌論文] Protection by α-tocopherol of the repair of photosystem II during photoinhibition in Synechocystis sp.PCC 6803 (2011)
  • 著者名/発表者名: Inoue, S., Ejima, K., Iwai, E., Hayashi, H., Appel, J., Tyystjarvi, E., Murata, N., Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta 巻: 1807 ページ: 236-241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein synthesis is the primary target of reactive oxygen species in the ohotoinhibition of nhotosystem II (2011)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, Y., Allakhverdiev, S.I., Murata, N.
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 巻: 142 ページ: 35-46
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential proteomic analysis using iTRAQ reveals changes in thylakoids associated with Photosystem II acquired thermotolerance in Synechocystis sp.PCC 6803 (2010)
  • 著者名/発表者名: Rowland, J.G., Simon, W.J., Nishiyama, Y., Slabas, A.R.
  • 雑誌名: Proteomics 巻: 10 ページ: 1917-1929
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of fatty acids de novo is required for photosynthetic acclimation of Synechocystis sp. PCC 6803 to high temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Nanjo, Y., Mizusawa, N., Wada, H., Slabas, A.R., Hayashi, H., Nishiyama, Y.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta 巻: 1797 ページ: 1483-1490
  • 査読あり
• [雑誌論文] The PedR transcription factor interacts with thioredoxin to link photosynthesis with gene expression (2010)
  • 著者名/発表者名: Horiuchi, M., Nakamura, K., Kojima, K., Nishiyama, Y., Hatakeyama, W., Hisabori, T., Hihara, Y.
  • 雑誌名: The Biochem.Journal 巻: 431(1) ページ: 135-140
  • 査読あり
• [学会発表] 光化学系IIの光阻害におけるα-トコフェロールの保護作用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上修平, 江島加余子, Jens Appel, 林秀則, 村田紀夫, 西山佳孝
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2011-03-21
• [学会発表] 光合成の強光ストレス応答における翻訳因子EF-Gの役割 (2011)
  • 著者名/発表者名: 江島加余子, 西山佳孝
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2011-03-20
• [学会発表] シアノバクテリア翻訳因子EF-Gの光合成依存的なレドックス制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 諸田拓哉, 小島幸治, 日原由香子, 本橋健, 畠山和佳子, 久堀徹, 西山佳孝
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2011-03-20
• [学会発表] Interactive regulation of protein synthesis and photosynthesis under strong light (2011)
  • 著者名/発表者名: Nishivama. Y.
  • 学会等名: JAPANESE-FINNISH Seminar 2011 Future prospects of photosynthetic organisms : from environment
  • 発表場所: 岡山ロイヤルホテル
  • 年月日: 2011-03-04
• [学会発表] Roles of elongation factor G in the response of protein synthesis and photosynthesis to strong light in Synechocystis sp.PCC 6803 (2011)
  • 著者名/発表者名: Kayoko Ejima, Nishivama, Y.
  • 学会等名: JAPANESE-FINNISH Seminar 2011 Future prospects of photosynthetic organisms : from nenomes to environment
  • 発表場所: 岡山ロイヤルホテル
  • 年月日: 2011-03-02
• [学会発表] α-トコフェロールによる光化学系II光阻害の防御機構 (2010)
  • 著者名/発表者名: 井上修平、Jens Appel、村田紀夫、西山佳孝
  • 学会等名: 第1回日本光合成学会大会
  • 発表場所: 東京大学(駒場)
  • 年月日: 2010-06-04
• [学会発表] 光化学系IIの光阻害に対する低温・高温ストレスの影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上野護、西山佳孝
  • 学会等名: 第1回日本光合成学会大会
  • 発表場所: 東京大学(駒場)
  • 年月日: 2010-06-04