クロロフィル生合成系酵素を起源とする光依存型ニトロゲナーゼの創出

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20200063
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 藤田 祐一 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 准教授 (80222264)
• Keywords: 光依存型プロトクロロフィリド還元酵素 / ラン藻(シアノバクテリア) / 短鎖アルコールデヒドロゲナーゼファミリー / 酵素の進化 / クロロフィル生合成

Research Abstract

クロロフィル生合成系において化学的に安定なポルフィリン環構造を還元し、クロロフィルαの環構造クロリン環に変換するプロトクロロフィリド(Pchlide)還元酵素には、進化的起源が異なる2つの酵素が存在する。一つは、NAD(P)(H)に依存して多様な分子の酸化還元を行う短鎖アルコールデヒドロゲナーゼ(SDR)ファミリーに属する光依存型Pchlide還元酵素(LPOR)と、もう一つはニトロゲナーゼに類似した暗所作動型Pchlide還元酵素(DPOR)である。光依存的な触媒反応は、SDRの中でLPORのみが示すユニークな性質である。光依存型という性質が生じてきた進化の過程とその構造的基盤を検討するため、海洋性ラン藻に着目した。海洋性ラン藻Synechococcus sp. CC9311のゲノムには3つのLPOR様遺伝子(sync_1162,sync_1976,sync_2830)存在する。これらと既知のLPORの分子系統樹を作成すると、sync 1976は既知のLPOR群に、他の2つは他の海洋性ラン藻のホモログとともにより進化的距離が遠い2つの群を形成した。これら2群はLPORの創出を考える上で重要な位置を占めている。そこで、これらの遺伝子産物が光依存型Pchlide還元活性を有するかどうかを検討した。その結果、Sync 1976のみPchlide還元活性を示し、他の2つでは活性が検出されなかった。このことから、これら2つの遺伝子(sync_1162,sync_2830)はLPORが成立する以前に分岐し、何らかの活性をもつ別の酵素へと進化したのかもしれない。これらLPOR様遺伝子に変異を導入してLPOR活性を付与することができれば、光依存型酵素の創出過程を再現することができる可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] X-ray crystal structure of the light-independent protochlorophyllide reductase. (2010)
  • Author(s): Muraki, N., Nomata, J., Ebata, K., Mizoguchi, T., Shiba, T., Tamiaki, H., Kurisu, G., Fujita, Y.
  • Journal Title: Nature Volume: 465 Pages: 110-114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional differentiatioh of two analogous coproporphyrinogen III oxidase for heme and chlorophyll biosynthesis pathways in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. (2010)
  • Author(s): Goto, T., Aoki, R., Minamizaki, K., Fujita, Y.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 51 Pages: 650-663
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oxygen sensitivity of a nitrogenase-like protochlorophyllide reductase from the cyanobacterium Leptolyngbya boryana. (2009)
  • Author(s): Yamamoto, H., Kurumiya, S., Ohashi, R., Fujita, Y.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 50 Pages: 1663-1673
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヒメツリガネゴケ葉緑体DNAにゴートされるニトロゲナーゼ類似酵素のラン藻を用いた機能解析 (2010)
  • Author(s): 山本治樹、久留宮祥平、大橋里恵、藤田祐一
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本県)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] ラン藻Synechocystis sp.PCC 6803の2つのヘムオキシゲナーゼの機能解析 (2010)
  • Author(s): 青木里奈、後藤武知、南崎啓、藤田祐一
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本県)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] ニトロゲナーゼ類似型プロトクロロフィリド還元酵素の触媒コンポーネントを構成するBchB蛋白質のC末端保存領域の解析 (2010)
  • Author(s): 野亦次郎、張本純平、村木則文、栗栖源嗣、藤田祐一
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本県)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] ニトロゲナーゼ類似型プロトクロロフィリド還元酵素の化学量論的解析 (2010)
  • Author(s): 野亦次郎、寺内一姫、藤田祐一
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本県)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] Characterization of metal clusters of nitrogenase like dark-operative protochlorohyllide reductase and chlorophyllide reductase from Rhodobacter capsulatus (2009)
  • Author(s): Nomata, J, Ebata, K, Muraki, N, Kitashima, M, Inoue, K, Kurisu, G, Fujita, Y
  • Organizer: 14^<th> International Conference on Bioinorganic Chemistry
  • Place of Presentation: Nagoya Congress Center, Nagoya, Aichi
  • Year and Date: 20090725-20090730
• [Presentation] Structural basis of nitrogenase-like dark-operative protochlorophyllide reductase catalyzing porphyrin reduction (2009)
  • Author(s): Fujita, Y.
  • Organizer: 16^<th> International Conference on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Big Sky, MT, USA
  • Year and Date: 20090614-20090619
• [Presentation] Characterization of nitrogenase-like enzyme, dark-operative protochlorophyllide oxidoreductase. (2009)
  • Author(s): Nomata, J., Muraki, N., Ebata, K., Harimoto, J., Mizoguchi, T., Tamiaki, H., Kurisu, G., Fujita, Y.
  • Organizer: 16^<th> International Conference on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Big Sky, MT, USA
  • Year and Date: 20090614-20090619
• [Presentation] Oxygen sensitivity of nitrogenase-like protochlorophyllide reductase from the cyanobacterium Leptolyngbya boryana. (2009)
  • Author(s): Yamamoto, H., Kurumiya, S., Ohashi, R., Fujita, Y.
  • Organizer: 16^<th> International Conference on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Big Sky, MT, USA
  • Year and Date: 20090614-20090619
• [Presentation] ATP hydrolysis in reaction of a nitrogenase-like protochlorophyllide, reductase. (2009)
  • Author(s): Terauchi, K., Nomata, J., Fujita, Y.
  • Organizer: 16^<th> International Conference ou Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Big Sky, MT, USA
  • Year and Date: 20090614-20090619
• [Presentation] 多様な酸素環境に対するテトラピロール生合成系の適応進化 (2009)
  • Author(s): 藤田祐一
  • Organizer: かずさDNA研研究会ラン藻の分子生物学2009
  • Place of Presentation: かずさアカデミアホール(千葉県)
  • Year and Date: 2009-12-04
• [Presentation] ニトロゲナーゼ類似型プロトクロロフィリド還元酵素の触媒コンポーネントNB-蛋白質の反応機構の解析 (2009)
  • Author(s): 野亦次郎、張本純平、村木則文、溝口正、民秋均、栗栖源嗣、藤田祐一
  • Organizer: かずさDNA研研究会ラン藻の分子生物学2009
  • Place of Presentation: かずさアカデミアホール(千葉県)
  • Year and Date: 2009-12-04
• [Presentation] ラン藻Leptolyngbya boryanaを活用した葉緑体のニトロゲナーゼ類似型プロトクロロフィリド還元酵素の機能発現 (2009)
  • Author(s): 山本治樹、久留宮祥平、大橋里恵、藤田祐一
  • Organizer: かずさDNA研研究会ラン藻の分子生物学2009
  • Place of Presentation: かずさアカデミアホール(千葉県)
  • Year and Date: 2009-12-04
• [Presentation] ラン藻のヘム・クロロフィル生合成系における進化的起源の異なる2つのコプロポルフィリノーゲンIIIオキシダーゼの機能分化 (2009)
  • Author(s): 後藤武知、青木里奈、南崎啓、藤田祐一
  • Organizer: かずさDNA研研究会ラン藻の分子生物学2009
  • Place of Presentation: かずさアカデミアホール(千葉県)
  • Year and Date: 2009-12-04
• [Presentation] 植物の暗所での緑化を決定づけるニトロゲナーゼ類似型プロトクロロフィリド還元酵素の構造解析 (2009)
  • Author(s): 藤田祐一
  • Organizer: 植物微生物研究会第19回研究交流会
  • Place of Presentation: 松本市あがたの森文化会館(長野県)
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Book] 低温科学第67巻「光合成研究法」 (2009)
  • Author(s): 藤田祐一・野亦次郎
  • Total Pages: 423-427, 648-652
  • Publisher: 北海道大学低温科学研究所