プロトクロロフィリド還元酵素とニトロゲナーゼ：安定な多重結合還元の共通反応基盤

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23370020
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 藤田 祐一 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (80222264)
• 研究分担者: 伊藤 繁 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 名誉教授 (40108634)
• 連携研究者: 民秋 均 立命館大学, 薬学部, 教授 (00192641) ; 栗栖 源嗣 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (90294131)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ラジカル酵素 / 鉄硫黄クラスター / クロロフィル生合成

研究概要

暗所作動型プロトクロロフィリド（Pchlide）還元酵素（DPOR）は、PchlideのC17=C18二重結合を還元しクロロフィルaの直接の前駆体クロロフィリドを生成する。本反応機構を明らかにするため、プロトン移動を遮断することで反応中間体をトラップし、吸収スペクトルと電子スピン共鳴によって検出することを試みた。その結果、DPORは、電子移動によるPchlideアニオンラジカルの形成と第2の電子移動によるPchlideラジカルの解消によって進行することが判った。DPORはニトロゲナーゼと共通の構造をもちながらニトロゲナーゼとは異なりラジカル形成反応を介して反応を進行させていることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Reconstitution of a sequential reaction of two nitrogenase-like enzymes in the bacteriochlorophyll biosynthetic pathway of Rhodobacter capsulatus (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, H., Kato, M., Yamanashi, K., Fujita, Y
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun 巻: 448 ページ: 200-205
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.404.087
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptional regulators ChlR and CnfR are essential for diazotrophic growth in nonhetetocystous cyanobacteria (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsujimoto, R., Kamiya, N., Fujita, Y
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 111 ページ: 6762-6767
  • DOI: 10.1073/pnas.1323570111
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel "oxygen-induced" greening process in a cyanobacterial mutant lacking the transcriptional activator ChlR involved in low-oxygen adaptation of tetrapyrrole biosynthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Aoki, R., Hiraide, Y., Yamakawa, H., Fujita, Y
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 1841-1851
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.495358
  • 査読あり
• [雑誌論文] Completion of biosynthetic pathway for bacteriochlorophyll g in Heliobacterium modesticaldum : the C8 ethylidene group formation (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsukatani, Y., Yamamoto, H., Mizoguchi, T., Fujita, Y., Tamiaki, H
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1827 ページ: 1200-1204
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2013.06.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nicotinamide is a specific inhibitor of dark-operative protochlorophyllide oxidoreductase, a nitrogenase-like enzyme, from Rhodobacter capsulatus (2013)
  • 著者名/発表者名: Nomata, J., Kondo, T., Itoh, S., Fujita, Y
  • 雑誌名: FEBS Lett 巻: 587 ページ: 3142-3147
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2013.07.054
  • 査読あり
• [雑誌論文] An unexpectedly branched biosynthetic pathway for bacteriochlorophyll b capable of absorbing near-infrared light (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsukatani, Y., Yamamoto, H., Harada, J., Yoshitomi, T., Nomata, J., Kasahara, M., Mizoguchi, T., Fujita, Y., Tamiaki, H
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 3 ページ: 1217
  • DOI: 10.1038/srep01217
  • 査読あり
• [雑誌論文] MarR-type transcriptional regulator ChlR activates expression of tetrapyrrole biosynthesis genes in response to low-oxygen conditions in cyanobacteria (2012)
  • 著者名/発表者名: Aoki, R., Takeda, T., Omata, T., Ihara, K., Fujita, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 235 ページ: 13500-13507
  • DOI: 101074/jbc.M112.346205
  • 査読あり
• [学会発表] Two transcriptional regulators, ChlR and PatB, are essential for diazotrophic growth in the non-heterocystous cyanobacterium Leptolyngbya boryana (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y., Tsujimoto, R
  • 学会等名: 18th International Congress on Nitrogen Fixation
  • 発表場所: Phoenix Seagaia Resort, Miyazaki, Japan
  • 年月日: 20131014-18
  • 招待講演
• [学会発表] Nitrogenase-like enzymes in bacteriochlorophyll biosynthesis (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y
  • 学会等名: International Mini-Symposium on Biochemistry and Bioinorganic Chemistry of Nitrogenase Active Sites
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 20131011-12
• [学会発表] Reconstitution of sequential reaction from protochlorophyllide to 3-vinyl bacteriochlorophyllide a by two nitrogenase-like enzymes (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y., Kato, M., Yamamoto, H
  • 学会等名: International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors of Photosynthetic Organisms 2013 (ICTPPO2013)
  • 発表場所: HuaZhong Agricultural University, Wuhan, China
  • 年月日: 20130911-15
• [学会発表] ニトロゲナーゼ類似酵素の連続反応によるバクテリオクロリン環形成反応の再構成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤田祐一・ 加藤美奈・ 山本治樹
  • 学会等名: 第4回日本光合成学会およびシンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20130531-0601
• [学会発表] クロロフィリドa還元酵素によるバクテリオクロロフィルbのエチリデン基形成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚谷祐介, 山本治樹, 原田二朗, 野亦次郎, 溝口正, 藤田祐一, 民秋均
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20130321-23
• [学会発表] 暗所作動型プロトクロロフィリド還元酵素のBchBサブユニットのC末端領域の構造と機能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 立松彩, 野亦次郎, 村木則文, 栗栖源嗣, 藤田祐一
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学, 京都
  • 年月日: 20120316-18
• [学会発表] ニトロゲナーゼ類似型プロトクロロフィリド還元酵素の反応機構の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野亦次郎, 近藤徹, 溝口正, 民秋均, 伊藤繁, 藤田祐一
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学, 京都
  • 年月日: 20120316-18
• [学会発表] 暗所作動型プロトクロロフィリド還元酵素の反応機構解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤田祐一
  • 学会等名: 第20回光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
  • 発表場所: 大阪大学, 豊中
  • 年月日: 2012-07-01
• [学会発表] Toward understanding of reaction mechanism of dark-operative protochlorophyllide reductase (2011)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y
  • 学会等名: International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors of Photosynthetic Organisms 2011
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2011-07-25
  • 招待講演
• [学会発表] Structure-based functional analysis on dark-operative protochlorophyllide reductase (2011)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Photosynthesis
  • 発表場所: Davidson College, MA, USA
  • 年月日: 2011-06-14
  • 招待講演
• [備考] サイエンスポータル「窒素固定に必須の制御遺伝子を発見」
  • URL: http://scienceportal.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/04/20140422_01.html
• [産業財産権] 生物窒素固定制御因子およびその利用 (2014)
  • 発明者名: 辻本良真・ 藤田祐一
  • 権利者名: 名古屋大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願 2014-054088
  • 出願年月日: 2014-03-17
• [産業財産権] シアノバクテリアにおける完全暗所従属栄養能に関連する遺伝子及びその利用 (2014)
  • 発明者名: 平出優人・ 藤田祐一
  • 権利者名: 名古屋大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願 2014-046585
  • 出願年月日: 2014-03-10
• [産業財産権] バクテリオクロロフィルbの大量産生菌の作成方法とその産生菌 (2014)
  • 発明者名: 塚谷祐介・ 原田二朗・ 野亦次郎・ 藤田祐一・ 民秋均
  • 権利者名: 立命館大学・久留米大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願 2014-030085
  • 出願年月日: 2014-02-19