珪藻光化学系Iフコキサンチンクロロフィル結合タンパク質超複合体の立体構造解析を基盤とするタンパク質間相互作用の解明

2024年11月07日

国立大学法人静岡大学
国立大学法人岡山大学
国立大学法人京都大学

【研究のポイント】

• 珪藻Thalassiosira pseudonana由来の光化学系Iフコキサンチンクロロフィル結合タンパク質超複合体（PSI-FCPI）の立体構造解析に成功しました。
• 珪藻Chaetoceros gracilis由来のPSI-FCPIと構造およびアミノ酸配列の比較、さらにはFCPの系統解析を行い、FCPIとその結合箇所の保存性を明らかにしました。
• 珪藻は四十数個のFCP遺伝子を有するため、FCPがどのようにPSIを認識し、決まった場所に結合するのか、その結合選択メカニズムの一端を解明しました。

【研究概要】
　静岡大学農学部の長尾遼准教授の研究グループは、岡山大学の加藤公児准教授（特任）、沈建仁教授、京都大学の伊福健太郎教授らと共に、珪藻Thalassiosira pseudonana（以下、T. pseudonana）から光化学系I（PSI）とフコキサンチンクロロフィル結合タンパク質（FCP）の超複合体（PSI-FCPI）を精製し、その構造をクライオ電子顕微鏡による単粒子構造解析で明らかにしました。構造解析の結果、PSI-FCPIはPSI単量体と5個のFCPIサブユニットから構成されていました。得られたT. pseudonana PSI-FCPI構造を珪藻Chaetoceros gracilis PSI-FCPI構造と比較したところ、それぞれで結合箇所が保存されていました。さらに、FCPの分子系統解析の結果、4つのFCPにオーソログ関係があることを見出しました。
　T. pseudonanaには44個、C. gracilisには46個のFCP遺伝子がそれぞれゲノムにあります。T. pseudonanaの場合、そのうちの4個と特殊なタンパク質であるRedCAPがPSIに結合していることになります。44個のFCPはお互いに相同性がある程度高く、また、タンパク質構造が類似しています。FCPが何を認識してPSIの決まった場所に結合するのか、二種類の珪藻のPSI-FCPIを比較することで初めて明らかになりました。本研究で得られた研究成果は、FCPの進化を理解するうえで重要な知見となります。
　なお、本研究成果は、2024年10月31日に、国際雑誌「eLife」に掲載されました。

【論文情報】
論文タイトル: Structural basis for molecular assembly of fucoxanthin chlorophyll a/c-binding proteins in a diatom photosystem I supercomplex
著者: Koji Kato, Yoshiki Nakajima, Jian Xing, Minoru Kumazawa, Haruya Ogawa, Jian-Ren Shen, Kentaro Ifuku, Ryo Nagao
DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.99858.3

＜詳しい研究内容について＞
珪藻光化学系Iフコキサンチンクロロフィル結合タンパク質超複合体の立体構造解析を基盤とするタンパク質間相互作用の解明


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