Invention of a light-dependent nitrogenase from chlorophyll biosynthesis enzymes

2010 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20200063
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research a proposed research project)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied biochemistry; Evolutionary biology
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: FUJITA Yuichi Nagoya University, 生命農学研究科, 准教授 (80222264)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): KURISU Genji 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (90294131) ; OHKI Kaori 福井県立大学, 生物資源学部, 教授 (90101104) ; TERAUCHI Kazuki 立命館大学, 生物科学部, 准教授 (70444370) ; SHIMA Seigo マックスプランク研究所, グループリーダー ; NOMATA Jiro 東京工業大学, 資源化学研究所, 助教 (40583216)
• Project Period (FY): 2008 – 2010
• Keywords: 光合成 / クロロフィル / プロトクロロフィリド / 酵素の進化

Research Abstract

Light-dependent protochlorophyllide oxidoreductase (LPOR) belongs to a large enzyme family "short-chain dehydrogenase/reductase". Toward the invention of new light-dependent enzymes it is very important to understand how the light-dependent property of LPOR has been evolved. I have identified a most diverged LPOR in a marine cyanobacterium by biochemical method and determined its enzyme parameters.

Research Products

• [Journal Article] Electronic structures of a [4Fe-4S] cluster, [Fe_4S_4 (SCH_3)_3(CH_3COO)], in dark-operative protochlorophyllide reductase (DPOR). (2011)
  • Author(s): Takano, Y., Yonezawa, Y., Fujita, Y., Kurisu, G., Nakamura, H.
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. 503 Pages: 296-300
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] クロロフィルを緑にする2つの還元酵素:光依存型酵素と暗所作動型酵素の反応機構と進化的考察 (2011)
  • Author(s): 藤田祐一、栗栖源嗣
  • Journal Title: 生物物理 51 Pages: 66-71
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] EPR study of 1Asp-3Cys ligated 4Fe-4S iron-sulfur cluster in NB-protein (BchN-BchB) of a dark-operative protochlorophyllide reductase complex. (2011)
  • Author(s): Kondo, T., Nomata, J., Fujita, Y., Itoh, S.
  • Journal Title: FEBS Lett. 585 Pages: 214-218
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chlorophyll biosynthesis : spotlight on protochlorophyllide reduction. (2010)
  • Author(s): Reinbothe, C., El Bakkouri, M., Buhr, F., Muraki, N., Nomata, J., Kurisu, G., Fujita, Y., Reinbothe, S.
  • Journal Title: Trends Plant Sci. 15 Pages: 614-624
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 光合成微生物は資源・エネルギー分野で人類に貢献できるか?～生産性を規定する諸要因の分析～ (2010)
  • Author(s): 小俣達男、藤田祐一、前田真一
  • Journal Title: 光合成研究 20 Pages: 65-71
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nitrate assimilatory genes and their transcriptional regulation in a unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae : Genetic evidence for nitrite reduction by a sulfite reductase-like enzyme. (2010)
  • Author(s): Imamura, S., Terashita, M., Ohnuma, M., Maruyama, S., Minoda, A., Weber, A.P.M., Inouye, T., Sekine, Y., Fujita, Y., Omata, T., Tanaka, K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 51 Pages: 707-717
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional differentiation of two analogous coproporphyrinogen III oxidases 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 Cell Physiol. 51 Pages: 650-663
  • Peer Reviewed
• [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 465 Pages: 110-114
  • 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 Cell Physiol. 50 Pages: 1663-1673
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prolamellar bodies formed by cyanobacterial protochlorophyllide oxidoreductase in Arabidopsis. (2009)
  • Author(s): Masuda, S., Ikeda, R., Masuda, T., Hashimoto, H., Tsuchiya, T., Kojima, H., Nomata, J., Fujita, Y., Mimuro, M., Ohta, H., Takamiya, K.
  • Journal Title: Plant J. 58 Pages: 952-960
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 葉緑体にコードされる暗所作動型プロトクロロフィリド還元酵素のRNA editingによる活性制御 (2011)
  • Author(s): 山本治樹・楠見淳子・久留宮祥平・大橋理恵・藤田祐一
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会(要旨集)
  • Year and Date: 20110320-20110322
• [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反応機構の解析 (2011)
  • Author(s): 野亦次郎・近藤徹・溝口正・民秋均・伊藤繁・藤田祐一
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会(要旨集)
  • Year and Date: 20110320-20110322
• [Presentation] ラン藻を活用した光依存型プロトクロロフィリド還元酵素の機能解析 (2011)
  • Author(s): 辻本良真・本松里恵・藤田祐一
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会(要旨集)
  • Year and Date: 20110320-20110322
• [Presentation] ラン藻Synechocystis sp.PCC 6803のヘムオキシゲナーゼ欠損株の偽復帰変異の解析 (2011)
  • Author(s): 青木里奈・井原邦夫・藤田祐一
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会(要旨集)
  • Year and Date: 20110320-20110322
• [Presentation] 光依存型プロトクロロフィリド還元酵素を大量発現させたラン藻Leptolyngbya boryanaにおける異常な構造体形成 (2011)
  • Author(s): 山本治樹・小島寛子・大城香・藤田祐一
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会(要旨集)
  • Year and Date: 20110320-20110322
• [Presentation] ラン藻Synechocystis sp.PCC 6803における光依存型プロトクロロフィリド還元酵素欠損株の光感受性形質の相補 (2011)
  • Author(s): 平出優人・後藤武知・井原邦夫・藤田祐一
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会年会(要旨集)
  • Year and Date: 20110320-20110322
• [Presentation] 暗所作動型プロトクロロフィリド還元酵素:光合成細菌から裸子植物へ (2011)
  • Author(s): 藤田祐一
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー:分子科学と生理学が解き明かす植物の光エネルギー変換の新展開
  • Place of Presentation: 招待講演
  • Year and Date: 20110309-20110310
• [Presentation] プロトクロロフィリド還元酵素を利用した新規ニトロゲナーゼ創出を目指して (2011)
  • Author(s): 藤田祐一
  • Organizer: 2011世界化学年記念JSTさきがけ研究領域合同シンポジウム「人類の危機に挑む研究開発:光と太陽エネルギー」(要旨集)
  • Place of Presentation: 招待講演
  • Year and Date: 2011-03-28
• [Presentation] Structure of dark-operative protochlorophyllide reductase : a greening mechanism with an architecture common to nitrogenase. (2010)
  • Author(s): Fujita, Y., Muraki, N., Nomata, J., Kurisu, G.
  • Organizer: Nagoya University GCOE/Structural Biology Center International Symposium
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan (Invited Speaker)
  • Year and Date: 20101123-20101124
• [Presentation] A common architecture between protochlorophyllide reductase and nitrogenase. (2010)
  • Author(s): Fujita, Y., Muraki, N., Nomata, J., Kurisu, G.
  • Organizer: 1st Asian Symposium on Plant-Microbe Symbiosis and Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Miyazaki, Japan (Invited Speaker)
  • Year and Date: 20100920-20100924
• [Presentation] Structure of the light-independent protochlorophyllide reductase reveals architecture common to nitrogenase. (2010)
  • Author(s): Fujita, Y., Muraki, N., Nomata, J., Kurisu, G.
  • Organizer: 9th European Conference on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Geneva, Switzerland (Invited Speaker)
  • Year and Date: 20100906-20100910
• [Presentation] Structural aspects of dark-operative protochlorophyllide reductase with nitrogenase-like features. (2010)
  • Author(s): Fujita, Y., Kurisu, G., Muraki, N., Nomata, J.
  • Organizer: 6th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
  • Place of Presentation: Santa Ana Pueblo, NM, USA (Invited Speaker)
  • Year and Date: 20100704-20100709
• [Presentation] ヒメツリガネゴケ葉緑体DNAにコード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(口頭発表)
  • 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(口頭発表)
  • 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(口頭発表)
  • 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(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] 複数の酵素系を活用した酸素環境に対する適応戦略 (2010)
  • Author(s): 藤田祐一
  • Organizer: ラン藻ゲノム研究交流会
  • Place of Presentation: 東京(口頭発表)
  • Year and Date: 2010-07-24
• [Presentation] Structural basis of nitrogenase-like dark-operative protochlorophyllide reductase catalyzing porphyrin reduction. (2009)
  • Author(s): Fujita, Y.
  • Organizer: 16th International Conference on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Big Sky, Montana, USA (Invited Speaker)
  • Year and Date: 20090614-20090619
• [Presentation] ラン藻Synechocystis sp.PCC6803における2つのヘムオキシゲナーゼアイソフォームの機能分化 (2009)
  • Author(s): 青木里奈・後藤武知・南崎啓・藤田祐一
  • Organizer: 第50回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋(ポスター発表)
  • Year and Date: 20090321-20090322
• [Presentation] ラン藻Synechocystis sp.PCC6803におけるクロロフィルのE環生成に関わる2つのアイソフォームChlAIとChlAIIの互換性 (2009)
  • Author(s): 川尻安志・南崎啓・藤田祐一
  • Organizer: 第50回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋(ポスター発表)
  • Year and Date: 20090321-20090322
• [Presentation] ラン藻Leptolyngbya boryanaにおける光依存型プロトクロロフィリド還元酵素の大量発現 (2009)
  • Author(s): 小島寛子・大城香・藤田祐一
  • Organizer: 第50回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋(ポスター発表)
  • Year and Date: 20090321-20090322
• [Presentation] Structural aspects of dark-operative protochlorophyllide reductase. (2009)
  • Author(s): Fujita, Y.
  • Organizer: International Symposium on Chemistry of Reductases II
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan (Invited Speaker)
  • Year and Date: 20090115-20090116
• [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DNA研(口頭発表)
  • 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DNA研(ポスター発表)
  • 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DNA研(ポスター発表)
  • 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-蛋白質の立体構造に基づく立体特異的なD環二重結合還元機構 (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: 第50回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋(口頭発表)
  • Year and Date: 2009-03-23
• [Presentation] ラン藻Leptolyngbya boryanaにおけるプロトクロロフィリド還元酵素の酸素感受性 (2009)
  • Author(s): 山本治樹・久留宮祥平・大橋理恵・藤田祐一
  • Organizer: 第50回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋(口頭発表)
  • Year and Date: 2009-03-23
• [Presentation] ラン藻Synechocystis sp.PCC6803のヘム・クロロフィル生合成系における2つのコプロポルフィリノーゲンIIIオキシダーゼ (2009)
  • Author(s): 後藤武知・藤田祐一
  • Organizer: 第50回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋(口頭発表)
  • Year and Date: 2009-03-23
• [Presentation] 光に依存した新規ニトロゲナーゼ創出の可能性 (2009)
  • Author(s): 藤田祐一
  • Organizer: (財)バイオインダストリー協会"未来へのバイオ技術"勉強会月例会 光を利用するものづくりバイオ技術の展望
  • Place of Presentation: (財)バイオインダストリー協会(招待講演)
  • Year and Date: 2009-03-13
• [Remarks] ホームページ
  • URL: http://www.nu-research.com/research/6149.html