四量体を形成する光化学系Ⅰの立体構造を解明～光合成生物の適応進化を解明する手がかりに～

2019年10月30日

岡山大学
筑波大学
神戸大学

◆発表のポイント

• 光合成生物種によってさまざまな形態で存在する光化学系Iの中で、詳細な構造が不明だった四量体で存在する光化学系Iの立体構造を決定しました。
• 決定した構造と時間分解蛍光分析の結果から、光化学系I四量体が他のものと比較して、強すぎる光エネルギーを逃すことに優れていることが明らかになりました。
• これらの研究結果から、光合成生物が多様な環境に応じて光化学系I四量体の形態を変化させる仕組みを獲得してきたことが示唆されました。

　岡山大学異分野基礎科学研究所の加藤公児特任准教授、長尾遼特任助教、蔣天翼大学院生、秋田総理准教授、沈建仁教授、筑波大学生存ダイナミクス研究センターの宮崎直幸助教、神戸大学の秋本誠志准教授、東京大学大学院総合文化研究科の池内昌彦名誉教授らの共同研究グループは、クライオ電子顕微鏡を用いて、シアノバクテリア由来の光化学系I四量体の立体構造解析に成功し、四量体構造を形成する仕組み、また四量体特有の集光色素の並び方を明らかにしました。さらに時間分解蛍光分析から光化学系I四量体が強すぎる光に対する優れた防御機構を持っていることが明らかになりました。これらの結果から、光合成生物が多様な光環境に応じて光化学系I集合状態を変化させてきた仕組みが明らかになりました。本研究成果は、日本時間10月30日（水）午後7時（英国時間：30日午前10時）、英国の科学雑誌「Nature Communications」に掲載されました。
　この成果は、光合成生物の環境適応の謎をひもとく知見になるだけではなく、太陽光エネルギー有効利用のための技術開発にも重要な知見を与えることが期待されます。

図. アナベナの光化学系I四量体の全体構造（a）と色素分子の配置（b）。（a）緑色、水色、マゼンタ色そして黄色はそれぞれ４つの光化学系I単量体を示す。（b）光化学系I四量体中の色素分子の配置。緑色、水色、マゼンタ色そして黄色はクロロフィル、青色・橙色はカロテノイドを示す。タンパク質複合体中には450個を超える色素が結合しており、光化学系I四量体に特徴的な配置をしていることが明らかとなった。

◆研究者からのひとこと

この研究は生化学的なタンパク質試料調製法、構造解析法と分光学的解析法を駆使して、はじめて達成することができました。研究成果を発表するまでには多くの困難が有りましたが、共同研究者の皆様、研究室メンバーの協力により得られた成果です。

加藤特任准教授

■論文情報論 文 名：“Structure of a cyanobacterial photosystem I tetramer revealed by cryo-electron microscopy”
「クライオ電子顕微鏡によって明らかにされたシアノバクテリア由来光化学系I四量体の構造」掲 載 紙：Nature communications著　者：Koji Kato, Ryo Nagao, Tian-Yi Jiang, Yoshifumi Ueno, Makio Yokono, Siu Kit Chan, Mai Watanabe, Masahiko Ikeuchi, Jian-Ren Shen, Seiji Akimoto, Naoyuki Miyazaki and Fusamichi AkitaD O I：10.1038/s41467-019-12942-8

＜詳しい研究内容について＞
四量体を形成する光化学系Iの立体構造を解明～光合成生物の適応進化を解明する手がかりに～


＜お問い合わせ＞
岡山大学　異分野基礎科学研究所
特任准教授　加藤　公児　（かとう　こうじ）
（電話番号）086-251-8630
（FAX） 086-251-8502

岡山大学　異分野基礎科学研究所
准教授　秋田　総理（あきた　ふさみち）
（電話番号）086-251-8630
（FAX） 086-251-8502


筑波大学　生存ダイナミクス研究センター
助教　宮崎直幸（みやざき なおゆき）
（電話番号・FAX）0298-53-6389


神戸大学　大学院理学研究科　
准教授　秋本　誠志 （あきもと　せいじ）
（電話番号・FAX）078-803-5705