PEPC特異的リン酸化酵素のC4光合成における生理的意義と活性調節の分子機構

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14390030
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 泉井 桂 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (20025414)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久堀 徹 東京工業大学, 資源化学研究所, 助教授 (40181094) ; 古本 強 京都大学, 生命科学研究科, 助手 (30313208)
• Keywords: ホスホエノールピルビン酸カルボキチシラーゼ / PEPC / プロテインキナーゼ / フラベリア / トウモロコシ / C4光合成 / レドックス調節 / 形質転換植物

Research Abstract

1)PEPCの特異的プロテインキナーゼ(PK)によるリン酸化の生理的意義を解明するために、PKの過剰発現および抑御がC4光合成に与える影響を調べることを目的として、本年度は下記の実験をおこなった。
a)C4光合成のモデル植物であるFlaveria trinerviaの形質転換系を立ち上げるための基礎実験を行い、杯軸からのカルス形成および個体再生を行うことに成功した。
b)形質転換のためのsenseおよびantisenseの方向にPEPC-PKのcDNAをベクターに挿入したコンストラクトを調製した。
c)これらのDNAによる形質転換をおこなったものでは地上部の再生はできたが発根ができず原因を調査中である。高CO2(1%)下で育成しているが、PEPC-PKが発生初期において不可欠であるためとも考えられ、誘導発現系も考慮中である。
2)Flaveria trinervia由来のPEPC-PKの組み換え体について、活性がレドックス調節を受けるか否かを検討し、さらにその分子機構について手がかりを得るための実験を行った。
a)PEPC-PKが酸化型グルタチオンのみならず、種々の酸化処理により活性を失い、還元剤で回復すること確認し、チオレドキシン(Trx)はよい電子伝達体であることを示した。
b)システイン残基によるSS結合の形成は分子間でなく分子内でおこることを明らかにした。
c)4つの候補となるシステイン残基を一つずつセリンに置き換えたPEPC-PKはなおも酸化条件下で不活化したため、複数のSS結合のいずれかできれば不活化すると考えられ、現在まず4つのシステインの全てセリンに置換した酵素を作成中である。
3)トウモロコシのPEPC-PKのcDNAクローニングをおこなった。現在組み換え体を調製中である。

Research Products

• [Publications] Y.Kai: "Phosphoenolpyruvate carboxylase : Three-dimensional structure and molecular mechanisms"Arch. Biochem. Biophys. (印刷中). (2003)
• [Publications] H.Matsumura: "Crystal Structures of C4 Form maize and quaternary complex of E. coli phosphoenolpyruvate carboxylases"Striucture. 10・(12). 1721-1730 (2002)
• [Publications] Y.Tamada: "Effect of photo oxidative destruction of chloroplasts on the expression of nuclear genes for C4 photosynthesis"J. Plant Physiol.. 160・(1). 3-8 (2003)
• [Publications] 泉井: "植物の炭酸固定酵素,ホスホエノールピルビン酸カルホチシラーゼ,を特異的にリン酸化するプロテインキナーゼとその調節"日本農芸化学雑誌. (印刷中). (2003)
• [Publications] 泉井編: "広川 タンパク質化学第4巻酵素4.4 リアーゼ〔I〕"広川書店(東京). 162 (2002)