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2015 年度 実績報告書

高い水素発生活性を実現する[FeFe]型ヒドロゲナーゼの構造デザイン

公募研究

研究領域人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換:実用化に向けての異分野融合
研究課題/領域番号 15H00886
研究機関立命館大学

研究代表者

浅井 智広  立命館大学, 生命科学部, 助教 (70706564)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード[FeFe]ヒドロゲナーゼ / Hクラスター / 嫌気 / 緑色硫黄細菌 / GFP / 二次構造形成
研究実績の概要

非常に高い水素発生活性をもつ緑藻Chlamydomonas reinhardtiiの[FeFe]ヒドロゲナーゼHydA1は、酵素活性中心として鉄と硫黄から成る金属錯体「Hクラスター」をもつ。本年度の研究では、ホロ型酵素の原子分解能構造解析を目指し、緑色硫黄光合成細菌Chlorobaculum tepidumの嫌気的な異種遺伝子の発現系(酸素分圧1 ppm以下)を利用し、Hクラスター成熟化タンパク質との共発現によるホロ型HydA1の大量発現を試みた。
HydA1上でのHクラスター形成には、3種類の成熟化タンパク質HydE、HydF、HydGが必要である。大腸菌での過剰発現に成功例がある嫌気性細菌Clostridium acetobutylicum由来のhydEFG遺伝子クラスターをC. tepidumアポ型HydA1過剰発現株へ導入することで、HydEFGとHydA1の共発現を試みた。この際,導入するhydEFGの塩基配列について、GC含量、コドン使用頻度、mRNAの二次構造形成、N末端領域のアミノ酸配列を検討し、異種遺伝子の過剰発現に必要な塩基配の列条件を探った。その結果、C. tepidumでのHydEFGの発現量は、N末端領域をコードする塩基配列に強く依存していることがわかった。GFPを使った異種遺伝子発現のモデル実験から、C. tepidumでの異種タンパク質の発現には、開始コドンから10コドン程度までのmRNAの二次構造形成確率が大きく関係していることが示唆された。

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

本年度の研究の主要な目的であった、Hクラスターの成熟化タンパク質HydEFGのC. tepidumでの異種発現に成功した。また、[FeFe]ヒドロゲナーゼのアポ型酵素のin vitro成熟化実験にも成功しており、次年度の研究でホロ型HydA1の異種発現が期待できる結果が得られている。

今後の研究の推進方策

Hクラスターの成熟化タンパク質HydEFGのC. tepidumでの過剰発現系の構築を進める。本年度の研究から、タンパク質のN末端領域をコードする塩基配列がタンパク質発現量に大きく影響することがわかったので、N末端タグの検討や同義コドンの置換による塩基配列の最適化により、HydEFGの発現量の向上を目指す。また、HydA1についてもPetFの融合などを検討し、C.tepidumでの効率的なホロ型酵素の成熟化方法を探る。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Mutation-induced perturbation of the special pair P840 in the homodimeric reaction center in green sulfur bacteria2016

    • 著者名/発表者名
      C. Azai, Y. Sano, Y. Kato, T. Noguchi, H. Oh-oka
    • 雑誌名

      Scientific Report

      巻: 6 ページ: 19878

    • DOI

      10.1038/srep19878

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Menaquinone as the secondary electron acceptor in the type I homodimeric photosynthetic reaction center of Heliobacterium modesticaldum2015

    • 著者名/発表者名
      T. Kondo, S. Itoh, M. Matsuoka, C. Azai, H. Oh-oka
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 119 ページ: 8480-8489

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b03723

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidum におけるGFP 発現の塩基配列依存性2016

    • 著者名/発表者名
      波佐間 雄世、則光 明日美、浅井 智広、寺内 一姫
    • 学会等名
      第10回 日本ゲノム微生物学会年会
    • 発表場所
      東京工業大学70周年記念講堂 (東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-03-04 – 2016-03-04
  • [学会発表] 緑藻型[FeFe]ヒドロゲナーゼとH クラスター生合成系の緑色硫黄光合成細菌における嫌気的共発現2016

    • 著者名/発表者名
      池田 祐輔、波佐間 雄世、武藤 梨沙、浅井 智広
    • 学会等名
      第4回公開シンポジウム 新学術領域研究「人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換:実用化に向けての異分野融合」
    • 発表場所
      東京理科大学 図書館大ホール (東京都葛飾区)
    • 年月日
      2016-01-29 – 2016-01-29
  • [学会発表] 多孔性シリカ粒子のナノ空間に埋め込まれたヘリオバクテリア反応中心コアタンパクの安定性と分光学的特性2015

    • 著者名/発表者名
      大岡 宏造、野路 智康、浅井 智広、武藤 梨沙、栗栖 源嗣、伊藤 繁
    • 学会等名
      第53回 日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス (石川県金沢市)
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-13
  • [学会発表] Construction of Artificial Heterodimeric Photosynthetic Reaction Center in the Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum tepidum2015

    • 著者名/発表者名
      C. Azai, K. Kim, J. Harada, H. Oh-oka
    • 学会等名
      15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • 発表場所
      エバーハルト・カール大学テュービンゲン (ドイツ・テュービンゲン)
    • 年月日
      2015-08-06 – 2015-08-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Bacteriochlorophyll a Synthesis in the Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum tepidum Mutant Lacking BchX, a Subunit of Chlorophyllide a Oxidoreductase2015

    • 著者名/発表者名
      C. Azai, T. Mizoguchi, H. Tamiaki, H. Oh-oka
    • 学会等名
      15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • 発表場所
      エバーハルト・カール大学テュービンゲン (ドイツ・テュービンゲン)
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-03
    • 国際学会
  • [学会発表] A Rieske/Cytochrome b Complex in the Green Sufur Bacterium Chlorobaculum tedium2015

    • 著者名/発表者名
      H. Oh-oka, T. Yamamoto, R. Mutoh, C. Azai, G.i Kurisu
    • 学会等名
      15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • 発表場所
      エバーハルト・カール大学テュービンゲン (ドイツ・テュービンゲン)
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Heliobacterial type-I homodimer reaction center uses menaquinone as the secondary electron acceptor, at a little different location from that of phylloquinone in PSI2015

    • 著者名/発表者名
      S. Itoh, T. Kondo, C. Azai, H. Oh-oka
    • 学会等名
      15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • 発表場所
      エバーハルト・カール大学テュービンゲン (ドイツ・テュービンゲン)
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-03
    • 国際学会
  • [学会発表] ホモダイマー型光合成反応中心の分子生物学的な構造機能解析2015

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広
    • 学会等名
      第6回 日本光合成学会年会およびシンポジウム
    • 発表場所
      岡山国際交流センター (岡山県岡山市)
    • 年月日
      2015-05-22 – 2015-05-22
    • 招待講演
  • [学会発表] ホモダイマー光合成反応中心複合体の人工的ヘテロダイマー化2015

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広、Kwang Kim、近藤 徹、原田 二朗、伊藤 繁、大岡 宏造
    • 学会等名
      第62回 日本生化学会近畿支部例会
    • 発表場所
      立命館大学 びわこ・くさつキャンパス (滋賀県草津市)
    • 年月日
      2015-05-16 – 2015-05-16

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公開日: 2017-01-06  

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