計画研究（A02班）
A02-1 イオン輸送によるプロトン駆動力成分制御
研究代表者：魚住 信之（東北大学）
私たちは、葉緑体およびラン藻のイオン輸送体に着目して，プロトン駆動力の形成に関与する分子の理解をめざします。駆動力成分に関与するイオン輸送体の同定とその輸送活性の評価を行い，光合成電子伝達系によるプロトン駆動力の形成や過剰に蓄積したプロトン駆動力の解消に関わる協奏・共役的または脱共役系に機能する調節系や成分変換系，その制御を調べます。また，他の班がすすめる輸送活性に関する有機的な研究の連携をはかり，プロトン駆動力の成分の調節の成り立ちを解析します。
- Carraretto, L., Teardo, E., Checchetto, V., Finazzi, G., Uozumi, N., Szabo, I. (2016) Ion channels in plant bioenergetic organelles chloroplast and mitochondria: from molecular identification to function. Mol. Plant 9: 371-395.
葉緑体と植物細胞のミトコンドリアには様々なイオンチャネルが機能している。
- Checchetto,V., Segalla, A., Sato, Y., Bergantino, E., Szabo, I., Uozumi, N. (2016) Involvement of potassium transport systems in the response of Synechocystis PCC 6803 cyanobacteria to external pH change, high-intensity light stress and heavy metal stress. Plant Cell Physiol. 57: 862-877.
ラン藻の主要な3種類のK+チャネルおよびK+トランスポーターの光合成機能，環境変化の適応に関して生理的な役割を検討した。
A02-2 プロトン駆動力による細胞内代謝制御
研究代表者：清水 浩（大阪大学）
私たちは、シアノバクテリアを中心に光合成と主要な代謝反応をゲノムワイドに表現するゲノムスケール代謝モデル（GMM）を構築し、光合成と代謝をシステムとして統合的に理解する方法の開発を行います。このモデルに各班で得られたプロトン駆動力と光合成の知見を盛り込み、光合成再最適化のためのシミュレーションやシステム解析を行います。また、代謝フラックス解析、プロテオーム解析、転写制御解析など、システムバイオロジーの手法を発展させ、光合成の素過程が細胞全体に及ぼす影響についてのウェットとドライの生物学両面から理解を深めます。
- Iijima, H., Shirai, T., Okamoto, M., Pinto, F., Tamagnini, P., Hasunuma, T., Kondo, A., Hirai, M.Y., Osanai, T. (2016) Metabolomics-based analysis revealing the alteration of primary carbon metabolism by the genetic manipulation of a hydrogenase HoxH in Synechocystis sp. PCC 6803. Algal Res. 18: 305-313.
シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803において、ヒドロゲナーゼHoxHの発現抑制によって、RNAポリメラーゼシグマ因子SigEの発現が誘導されることや、TCA回路の有機酸が増加することを発見した。
- Nakajima, T., Kajihata, S., Yoshikawa, K., Matsuda, F., Furusawa, C., Hirasawa, T., Shimizu, H. (2014) Integrated metabolic flux and omics analysis of Synechocystis sp. PCC 6803 under mixotrophic and photoheterotrophic conditions, Plant Cell Physiol, 55: 1605-1612.
- Yoshikawa, K., Kojima, Y., Nakajima, T., Furusawa, C., Hirasawa, T., Shimizu, H. (2011) Reconstruction and verification of a genome-scale metabolic model for Synechocystis sp. PCC6803, Appl. Microbiol. Biotechnol., 92: 347-358.
A02-3 構造を基盤としたプロトン排出の戦略的分子設計
研究代表者：栗栖 源嗣（大阪大学）
私たちは、プロトン勾配を生成する分子装置の構造解析と、プロトンによる活性制御機構を構造ベースで解き明かし、pH感受性を改変する分子設計の指針策定を行います。原子構造をベースとした改変戦略では、A01の各研究班と緊密に連携して機能解析を行います。光合成エネルギー変換を構成する分子装置の多くは、原子分解能の結晶構造が報告されています。私たちは、これまでの構造生物学が苦手としてきたプロトンを厳密に取り扱うことで、プロトン駆動力の生成と、プロトン勾配による制御を対象とした新しい構造生物学研究を進める予定です。
- Hochmal, A.K., Zinzius, K., Charoenwattanasatien, R., Gäbelein, P., Mutoh, R., Tanaka, H., Schulze, S., Liu, G., Scholz, M., Nordhues, A., Offenborn, J.N., Petroutsos, D., Finazzi, G., Fufezan, C., Huang, K., Kurisu, G., Hippler, M. (2016) Calredoxin represents a novel type of calcium-dependent sensor-responder connected to redox regulation in the chloroplast. Nat. Commun. 7:11847. 光合成の効率を調整する新しいタンパク質（カルレドキシン）のＸ線構造解析を行い，カルシウム依存的に光合成の効率を調整する仕組みを解明した
- Muraki, N., Nomata, J., Ebata, K., Mizoguchi, T., Shiba, T., Tamiaki, H., Kurisu, G., Fujita, Y. (2010) X-ray crystal structure of the light-independent protochlorophyllide reductase. Nature. 465:110-114.
- Kurisu, G., Zhang, H., Smith, J.L., Cramer, W.A. (2003) Structure of the cytochrome b6f complex of oxygenic photosynthesis: tuning the cavity. Science 302: 1009-1014.