膜蛋白質耐熱化のメタロミクス研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24570158
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 木村 行宏 神戸大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (20321755)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 光合成細菌 / 光捕集タンパク質 / 耐熱性 / カルシウム / 赤外分光法 / ラマン分光法 / 熱量分析

研究実績の概要

Thermochromatium (Tch.) tepidumは紅色光合成細菌の中で唯一の耐熱菌であり、その光捕集1反応中心複合体 (LH1-RC)はLH1サブユニットのC末端部位とCa2+との相互作用により耐熱性を獲得することが知られているが、その詳細な分子機構は不明である。本年度は、紫外可視分光法、原子吸光分析、赤外分光法による分光学的手法、及び等温滴定カロリメトリーによる熱力学的手法を用いて、野生型及び生合成的にSr2+置換したTch.tepidum由来LH1-RCの金属結合サイト及び金属結合に伴うLH1サブユニットの構造変化をモニターし、耐熱化に関わるLH1のC末端部位と金属イオンの相互作用について解析を行った。
原子吸光分析より、野生型またはSr置換型Tch.tepidum由来LH1-RCが細胞内で本来結合しているCa2+またはSr2+を検出したが、両者の金属イオン濃度には顕著な差異が見られた。等温滴定熱量分析より、野生型及びSr置換型LH1-RCには同数の金属結合サイトが存在すること、及びCa2+結合における親和性や相互作用の種類に違いが見られることが判明した。全反射フーリエ変換赤外分析より、Ca2+からSr2+への置換に伴うLH1 C末端部位の構造変化を検出したが、Ca2+除去によっても同様の構造変化が観測された。また、金属結合の競合実験より、Ca2+とSr2+は同一サイトに結合していることが示唆された。
以上の結果より、野生型およびSr置換型Tch.tepidum由来LH1-RCがin vivoにおいてもCaおよびSrを結合していること、金属結合サイトはそれぞれ16サイト存在すること、生合成的Sr置換によりLH1-RCに不可逆的な構造の違いが生じていること、CaとSrの結合部位は極めて近いが同一ではないことが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] The Roles of C-terminal Residues on the Thermal Stability and Local Heme Environment of Cytochrome c' from the Thermophilic Purple Sulfur Bacterium Thermochromatium (2015)
  • 著者名/発表者名: Kimura, Y., Kasuga, S., Unno, M., Furusawa, T., Osoegawa, S., Sasaki, Y., Ohno, T., and Wang-Otomo, Z.-Y.
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 124 ページ: 19-29
  • DOI: 10.1007/s11120-014-0069-6
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Thermodynamic analysis of metal-protein interaction in the light-harvesting 1 reaction center complex from purple sulfur bacteria (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimura, Y., Hayashi, Y., Wang, Z.-Y., and Ohno, T.
  • 学会等名: The 52nd Annual Meeting of the BSJ
  • 発表場所: Sapporo Convention Center
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Isotope-edited ATR-FTIR analysis of light-harvesting 1 reaction center complex from thermophilic purple photosynthetic bacteria (2014)
  • 著者名/発表者名: Yura, Y., Kimura, Y., Wang, Z.-Y., and Ohno, T.
  • 学会等名: The 52nd Annual Meeting of the BSJ
  • 発表場所: Sapporo Convention Center
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 同位体置換された好熱性紅色細菌Thermochromatium tepidum由来光捕集１反応中心複合体の振動分光学的解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木村行宏、由良優季、永麗、大友征宇、大野隆
  • 学会等名: 第22回光合成セミナー：反応中心と色素系の多様性
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-13
• [学会発表] 好熱性紅色細菌由来光捕集１反応中心複合体のメタロミクス解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林勇介、木村行宏、大友征宇、大野隆
  • 学会等名: 第22回光合成セミナー：反応中心と色素系の多様性
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-13
• [学会発表] Metal cations modulate protein conformation and thermal stability of light-harvesting 1 reaction center complexes from purple sulfur photosynthetic bacteria (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimura, Y., Yura, Y., Yong Li, Wang, Z.-Y., and Ohno T.
  • 学会等名: The 2nd Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology
  • 発表場所: Awaji Yumebutai
  • 年月日: 2014-06-15 – 2014-06-17
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/ans-bpc/