課題番号 ：S-16-MS-1046
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） 　　：新規好熱性紅色光合成細菌の熱耐性獲得機構の解明
Program Title (English) ：Molecular mechanism for enhanced thermostability of newly discovered thermophilic purple photosynthetic bacteria
利用者名（日本語） ：木村行宏
Username (English) ：Y. Kimura
所属名（日本語） ：神戸大学大学院農学研究科
Affiliation (English) ：Graduate School of Agriculture, Kobe University

１．概要（Summary ）
好熱性紅色細菌Thermochromatium(Tch.) tepidumは、Caを巧みに利用した分子構築により、光合成反応の中心的役割を担う光捕集1反応中心複合体の耐熱性を向上させることが知られている。一方、常温性Allochromatium(Alc.) vinosumはTch.tepidumの類縁菌であるが、Ca特異的な性質を示さない。近年、第2の好熱菌Alc.tepidumが報告され、両者の中間的な性質を示すことが判明した。この新規好熱菌の耐熱化機構を明らかにするため、本研究では熱力学的解析手法によりAlc.tepidum由来光捕集1反応中心複合体の耐熱性と金属結合特性の関係について調べた。その結果、Alc.tepidumが結合するCaの数はTch.tepidumの約1/4であること、Ca結合による強い静電的相互作用によりタンパク質が安定化すること、Ca依存型およびCa非依存型２種類の耐熱化機構により熱安定性を向上させていることが強く示唆された。
２．実験（Experimental）
分子研究所のMicroCal社製VP-DSC示差走査熱量分析装置を用いて、Alc.tepidum由来膜タンパク質複合体の耐熱性評価を行った。Ca結合型とCa非結合型の光捕集1反応中心複合体を調製し、両者の熱変性温度を測定した。
３．結果と考察（Results and Discussion）
DSC分析の結果、Ca2+除去によりTch.tepidumとAlc.tepidum由来LH1-RCの熱変性温度は低下するが、その低下の度合いはTch.tepidumにおいてあった。また、ITC分析より、Tch.tepidumではLH1-RCあたり16個のCa2+、Alc.tepidumでは4- 5個のCa2+が結合すること、Alc.tepidum LH1-RC複合体とCa2+の結合は静電的相互作用が支配的であり、エントロピー的には不利であることが判明した。Tch.tepidum及びAlc.tepidumの金属置換に伴うATR-FTIR差スペクトルを測定した結果、両者におけるCa結合サイトおよびその近傍部位のタンパク質の構造変化は有意に異なると考えられる。同位体置換の効果及びアミノ酸配列から、金属置換に伴うTch. tepidum及びAlc.tepidumの構造変化の違いはカルボキシレート配位子に関与することが示唆された。
４．その他・特記事項（Others）
なし
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Y. Kimura, Y. Yura, Y. Hayashi, Yong Li, M. Onoda, L.-J. Yu, Z.-Y. Wang-Otomo, and T. Ohno, JPC B, Vol.120（2016）p.p.12466-12473.
(2) Y. Kimura, 8th OCARINA International Symposium, Mar. 8, 2017.
(3) Y. Kimura, Y. Yura, Y. Hayashi, Yong Li, M. Onoda, Z.-Y. Wang-Otomo, and T. Ohno, Aug. 7, 2016.
(4) Y. Kimura, M. Matsuzaki, Y. Yura, Z.-Y. Wang-Otomo, and T. Ohno, Jun. 19, 2016.
(5) 呂淑文、大友征宇、M.T. Madigan、木村行宏、大野隆、第497回日本農芸化学会関西支部講演会、平成28年12月3日, 2016.
(6) 呂淑文、木村行宏、大野隆、M.T. Madigan、大友征宇、第24回光合成セミナー、平成28年7月9日.
６．関連特許（Patent）
なし