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2015 年度 実績報告書

葉緑体のレドックス代謝を駆動する蛋白質群の弱い分子間相互作用の包括的解析

研究課題

研究課題/領域番号 24370021
研究機関大阪大学

研究代表者

長谷 俊治  大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (00127276)

研究分担者 池上 貴久  横浜市立大学, 生命医学研究科, 教授 (20283939)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード葉緑体 / レドックス代謝 / フェレドキシン / 酸化還元酵素 / 分子間相互作用
研究実績の概要

フェレドキシン(Fd)は、[2Fe-2S]クラスターをもつ電子キャリアータンパク質であり、葉緑体の還元同化反応を司る多様な酵素群への電子供与体として働いている。Fdとこれらの酵素群との間では効率的な電子の授受が行なわれており、これは両者が電子伝達複合体を形成して分子間の電子移動に適した分子環境を作り出しているためである。これまでFd:NADPH酸化還元酵素(FNR)及び亜硫酸還元酵素(SiR)とFdとの2種の電子伝達複合体の立体構造を決定したので、最終年度は酵素活性や複合体形成の物理化学的特性を包括的な理解に注力した。結果を以下に記す。
1)複合体中ではFdの[2Fe-2S]クラスターは、FNRのフラビンおよびSiRの[4Fe-4S]クラスターとの距離が6から10オングストローム程度に近接しおり、電子移動の媒体になるような構造は認められないので、トンネル効果による電子移動が主要であると結論した。
2)FdとFd-依存性酵素との分子間相互作用に着目して、部位特異的変異体の生化学的解析を行った。Fd側の酸性残基群と酵素側の塩基性残基群の網羅的改変により静電力の寄与の重要性を確認し、特に酵素側の改変が電子授受の大きな低下を引き起こすことが判明した。
3)Fdと酵素の接触部位に存在する非荷電性残基や疎水性残基の改変では、一律的な酵素反応の変化や複合体の親和力の低下は認められず、非静電的な相互作用力は複合体の最適構造の形成に寄与する微調整の役割を果たしていることが示唆された。
4)等温滴定熱測定法で複合体形成の熱力学的パラメーターを求めたところ、Fd/FNRとFd/SiRいずれの場合も自由エネルギーが減少するが、前者は吸熱反応後者は発熱反応であり、複合体形成の熱力学特性に違いがあることが判明した。複合体形成時にFNRの場合は構造変化が誘起され、一方SiRの場合は大きな変化はないことが、この観察と関連するものと現時点では推察できる。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] 国立農業研究所(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      国立農業研究所
  • [国際共同研究] ボッフム大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ボッフム大学
  • [雑誌論文] Impact of the disruption of ASN3 encoding asparagine synthetase on Arabidopsis development.2016

    • 著者名/発表者名
      1.Gaufichon L., Marmagne A.,Yoneyama T., Hase T., Clément G., Trassaert M., Xu X., Shakiebaei M., Najihi A., and Suzuki A
    • 雑誌名

      Agronomy

      巻: 6 ページ: 12

    • DOI

      10.3390/agronomy6010012

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural and mutational studies of an electron transfer complex of maize sulfite reductase and ferredoxin2016

    • 著者名/発表者名
      Kim J.Y., Nakayama M., Toyota H., Kurisu G., and Hase T
    • 雑誌名

      J. Biochemistry

      巻: in press ページ: XXX

    • DOI

      10.1093/jb/mvw016

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Purification and characterization of recombinant sugarcane sucrose phosphate synthase expressed in E. coli and insect Sf9 cells: An importance of the N-terminal domain for an allosteric regulatory property2016

    • 著者名/発表者名
      Sawitri W.D., Narita H., Ishizaka-Ikeda E., Sugiharto B., Hase T., and Nakagawa A
    • 雑誌名

      J. Biochemistry

      巻: in press ページ: XXX

    • DOI

      10.1093/jb/mvw004

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] X-ray structure and nuclear magnetic resonance analysis of the interaction sites of the Ga-substituted cyanobacterial ferredoxin.2015

    • 著者名/発表者名
      Mutoh R., Muraki N., Shinmura K., Kubota-Kawai H., Lee YH., Nowaczyk MM., Rögner M., Hase T., Ikegami T., and Kurisu G.
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 54 ページ: 6052-6061

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.5b00601

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 植物FdとFd依存性酵素群の複合体構造からみた鉄硫黄蛋白質の電子伝達特性2015

    • 著者名/発表者名
      長谷俊治、金宙妍、筑摩悠太郎、有賀(木股)洋子
    • 学会等名
      BMB2051
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-12-01 – 2015-12-05
    • 招待講演
  • [学会発表] Modulation of protein-protein interaction of Fd and Fd-dependent enzymes2015

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Hase, Ju Yaen Kim, Yutaro Chikuma and Yoko Ariga
    • 学会等名
      第68回山田コンファレンス
    • 発表場所
      奈良市、公会堂
    • 年月日
      2015-10-29 – 2015-10-31
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Our understanding of molecular mechanism of protein-protein interaction between Fd and redox enzymes in plant photosyntdhesis2015

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Hase
    • 学会等名
      Molecular and Cellular Life Sciences: Infectious deseases, biochemistry and structrual biology, MCLS2015
    • 発表場所
      Surabaya, Indonesia
    • 年月日
      2015-05-07 – 2015-05-08
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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