光合成生物のレドックス制御系はin situでどのように働くのか

光合生物的氧化还原控制系统如何在原位发挥作用？

基本信息

批准号：
21H02502
负责人：
久堀徹
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、光合成生物が、環境条件の変化に対して光合成反応を巧みにコントロールすることで「レドックス恒常性」を維持するレドックス制御システムの包括的な理解を目指している。レドックス制御システムは、光合成電子伝達系から供給される還元力を利用して特定のタンパク質のシステイン残基（Cys）の酸化還元状態を制御し代謝調節を行っている。これまでの研究でその全体像は明らかになりつつあるが、いまだにin vitro研究とin vivo研究の結果が、必ずしも一致しない。その主な原因は、in vitroの生化学的解析が生体内の酸化還元物質の影響を考慮していないこと、および、酸化還元状態変化以外のCysのチオール基の修飾がほとんど調べられていないことによる。本研究では、レドックス制御系の電子の流れと鍵となるCysチオール基の状態変化を、生体内を模した条件下で系統的に調べ、レドックス制御系がin situでどのように働くのかを総合的に理解することを目指した。研究初年度は、生体内の重要な酸化還元物質であるグルタチオンの影響を調べたが、レドックス制御システムと被制御タンパク質の相互作用に対する影響を明確に示す結果は得られなかった。そこで、当研究室で酸化因子であることを同定したタンパク質の生理的な働きの解析に注力し、レドックス制御システムの標的タンパク質の暗所での酸化に働く酸化因子に標的特異性があること、酸化因子のうち、ACHTが過剰な光エネルギーの散逸システムであるNPQに密接にかかわること、この制御システムの還元側と酸化側のバランスが植物の代謝の維持に重要であることを見出した。また、還元側の特異性の決定因子を明らかにするため、標的タンパク質の葉緑体内の局在性を人為的に操作し、還元効率の変化を調べた。

这项研究旨在提供对氧化还原控制系统的全面理解，在这种系统中，光合生物可以巧妙地控制对环境条件变化的光合反应，以维持“氧化还原稳态”。氧化还原控制系统利用光合电子传输系统提供的还原功率来控制特定蛋白质的半胱氨酸残基（CYS）的氧化还原状态并调节代谢。从先前的研究中可以清楚地看出总体情况，但是体外和体内研究的结果仍然不一定是重合的。这样做的主要原因是，体内氧化还原物质的影响没有考虑到体内的氧化还原物质的影响，并且已经研究了对氧化还原状态的变化以外的CYS的硫醇基团的影响。在这项研究中，我们系统地研究了氧化还原控制系统的电子流以及在模仿体内的条件下的关键硫醇基团的变化，并旨在全面了解氧化还原控制系统如何在原位工作。在研究的第一年中，我们研究了谷胱甘肽（一种在体内的关键氧化还原物质）的影响，但是没有得到明确证明对氧化还原控制系统和受控蛋白相互作用的影响的结果。 Therefore, we focused on analyzing the physiological functions of proteins identified as oxidative factors in our laboratory, and found that oxidative factors that act in the dark oxidation of target proteins in redox control systems have target specificity, that among the oxidative factors, ACHT is closely related to NPQ, a system of dissipation of excess light energy, and that the balance between the reducing and oxidative sides of this control system is important for maintaining plant代谢。此外，为了阐明还原侧的特异性的决定因素，对靶蛋白叶绿体内的定位进行了人工操纵以研究降低效率的变化。