単細胞光合成生物における新規セレノプロテインの探索および生理機能の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15657026
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 白岩 善博 筑波大学, 生物科学系, 教授 (40126420)
• Keywords: ハプト植物 / 円石藻 / セレノプロテイン / プロテインジスルフィドイソメラーゼ / 微細藻類増殖制御 / セレノシステイン / 植物プランクトンブルーム / チオレドキシンドメイン

Research Abstract

海洋単細胞石灰藻でハプト植物門に属する光合成生物である円石藻は、細胞表面に炭酸カルシウムよりなる殻を有する特徴的な藻類である。本種は海洋において大規模なブルームを生じ、そのバイオマスは地球環境に多大な影響があることが明らかとなっている。本研究においては、円石藻Emiliania huxleyiの増殖にセレンが必須であることを見出し、セレンの供給を制御することによって円石藻の増殖を制御できる可能性を示した。セレンはイオウの同族元素であり,ホ乳類等ではセレノシステインがセレノプロテインの酵素活性中心に特異的に配置され重要な役割を担っている。一方、陸上植物にはそのような機構が存在せず、毒性やその解毒機構が存在することが知られている。本研究では進化段階の低いクロミスタ生物群に属する円石藻において、セレンの必須性がいかなる機構でもたらされるのかを解析した。そのため、まず円石藻E.huxleyiにおいてセレノプロテインの同定を試みた。放射性同位元素を与え、^<75>Se-ラベルタンパク質をSDS-PAGEにより解析したところ,6種のセレノプロテイン(SEP1〜6)を検出した。これらのタンパク質の部分アミノ酸配列を決定し,最も多くの配列情報が得られたSEP2について,cDNAの塩基配列を決定した。相同性検索の結果,SEP2は多種生物由来のProtein disulfide isomerase(PDI)と相同性を示し,特にPDIの活性中心であるThioredoxin(Trx)ドメイン周辺における相同性が高かった。また,Trxドメインの活性中心であるシステインの位置には,セレノシステインをコードするTGAコドンが存在していた。以上の結果から,円石藻では,セレンがPDIの活性因子としてタンパク質の立体構造形成に関与する可能性が示された。セレン含有PDIはこれまでに報告が無く,セレンの新たな生体機能が示唆された。

Research Products

• [Publications] Shiraiwa, Y., Hatano-Sugimoto, Y, Satoh, M.: "Regulation of intracellular calcification and algal growth by nutrient supply in coccolithophorids"In : Kobayashi, I. & Ozawa, H.(eds).Biomineralization (BIOM2001):fomation, diversity, evolution and application.Tokai University press, Tokyo. 241-246 (2004)
• [Publications] Sorrosa, J.M., Yamamoto, M., Shiraiwa Y.: "Nonthermal factors affecting production and unsaturation of alkenones in Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa oceanica"In : Murata N.et al.(eds.), Advanced Researches on Plant Lipids.Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands.. 133-136 (2003)
• [Publications] Iwamoto, K., Shiraiwa Y.: "Characterization of NADH : nitrate reductase from the coccolithophorid Emiliania huxleyi (Lohman) Hay & Mohler (Haptophyceae)"Marine Biotechnology. 5(1). 20-26 (2003)
• [Publications] Miyachi, S., Iwasaki, I., Shiraiwa, Y.: "Historical perspective on microalgal and cyanobacterial acclimation to low- and extremely high-CO_2 conditions"Photosynthsis Research. 77(2/3). 139-153 (2003)
• [Publications] Shiraiwa, Y.: "Physiological regulation of carbon fixation in the photosynthesis and calcification of coccolithophorids"Comparative Biochemistry Physiology Part B. 136. 775-783 (2003)
• [Publications] Obata, T., Sera, K., Futatsugawa, S., Shiraiwa, Y: "Multi-Element Analysis of Marine Microalgae using Particle-Induced X-ray Emission(PIXE)"Marine Biotechnology. (印刷中). (2004)