光合成研究第 28 巻 第 2 号（通巻 82 号）2018 年 8 月
NEWS LETTER Vol. 28 NO. 2 August 2018
THE JAPANESE SOCIETY OF PHOTOSYNTHESIS RESEARCH
トピックス

光化学系 I 三量体-フェレドキシン複合体の X 線結晶構造
河合（久保田）寿子、栗栖 源嗣（大阪大 他）

研究紹介

アンチマイシン A が引き起こす光化学系 II 内部のシトクロム b559 への阻害効果
高木 大輔（東北大）、 伊福 健太郎（京都大）

研究紹介

82

葉緑体チラコイド膜のルーメン pH 可視化を目指して
上妻

解説特集

74

馨梨（東北大）99「チラコイド膜超複合体の構造とダイナミクス」

序文94

高橋 裕一郎（岡山大）、鹿内 利治（京都大）

解説

NDH-PSI 超複合体の構造とその組み上げ機構

加藤 義宣（京都大）

解説

クライオ電子顕微鏡単粒子解析による光合成超分子複合体の構造解析
宮崎 直幸

他（大阪大

100
101

他）

112

表紙の紹介 エチオプラストの発達におけるガラクト脂質の役割 藤井祥他（東京大）

119

特別企画

第四回「フライブルク滞在記」

門脇 太朗(東北大)

120

報告記事

第9回

日本光合成学会（年会・公開シンポジウム）開催報告
周（東北大）、宮尾 光恵（東北大）

122

第 15 回若手の会セミナー開催報告

清水 隆之（東京大）124

光合成学会若手の会

高智 五輝（愛媛大）125

嶋川 銀河（CEA,Sacray）

126

牧野
報告記事
報告記事
報告記事

第 15 回セミナーに参加してFirst European Congress on Photosynthesis Research, ePS-1
第 3 回光合成細菌ワークショップ開催記録
原田 二朗 他（久留米大

他）

128

事務局からのお知らせ

130

日本光合成学会会員入会申込書

131

日本光合成学会会則

132

幹事会名簿

134

編集後記・記事募集

135「光合成研究」編集委員・日本光合成学会 2018 年度役員

136

賛助法人会員広告光合成研究28 (2) 2018

トピックス

光化学系 I 三量体-フェレドキシン複合体の X 線結晶構造1

大阪大学蛋白質研究所

2

基礎生物学研究所 (現所属)河合(久保田)寿子 1,2,*、栗栖源嗣 1
植物やシアノバクテリアは、無機酸化物を還元して有機化合物を作り出している。この反応に使われる還元力は、光化学系 I (PSI) によって生み出され、PSI から電子を受け取り生体内の様々な還元同化
酵素に分配する役目を担っているのがフェレドキシン (Fd) である。本研究において我々は、PSI とFd の複合体結晶構造を 4.2 Å 分解能で明らかにし、PSI から Fd への電子伝達反応が高い効率で進行する構造基盤を明らかにした。さらに Fd 結合前後の PSI 構造を比較することで、Fd の結合が、効率よく酸化還元反応や集光反応を行うための構造変化を誘導している可能性を見いだした。

1. はじめにを受け取り、これらの酵素へ電子を分配している§生命体を構成する炭素、窒素および硫黄などのは、フェレドキシン (Fd) と呼ばれる小型の電の元素の大部分は、地球上に酸化状態で存在して子伝達蛋白質である。植物型 Fd の酸化還元電位

おり、生物が糖やアミノ酸などの有機物として利は非常に低く、上記の酵素をはじめとする様々な用するためには無機酸化物を還元同化する必要

還元同化酵素に電子を供給し、還元同化反応を進がある。この反応には多種類の同化酵素が関わっ行させる (図 1)。

ており、それらは還元力を必要としている。例え

このように PSI を基点とした還元力の分配は+Fd に依存しており、光合成生物は PSI から Fd へが NADPH に還元される過程で 2 電子、亜硝酸還の電子伝達効率を高める仕組みを作り上げてき＋ば、Fd-NADP 還元酵素 (FNR) によって NADP-+

元酵素 (NiR) によって NO3 が NH4 に、亜硫酸還2-たと考えられる。本研究では、PSI と Fd が作る

2-

元酵素 (SiR) によって SO4 が S に還元される複合体状態の結晶構造解析を通して、光合成生物

過程でそれぞれ 6 電子が必要とされる。これら還が最適化した電子伝達の構造基盤を明らかにす

元同化酵素はどうやって還元力を得ているのだ

ることを目的として研究を開始した。

ろうか？植物やシアノバクテリアでは、FNR、
NiR、SiR はチラコイド膜に埋め込まれた色素-蛋

2. 電子伝達複合体結晶作製

白質複合体、光化学系 I (photosystem I: PSI) が生

光合成や呼吸のようなエネルギー変換系をはみ出す高い還元力を用いて反応を進めている。

じめとする還元力を必要とする代謝反応では、蛋PSI は光エネルギーを利用して電荷分離反応

白質同士が複合体を形成して電子の受け渡しをを引き起こし、非常に強い還元力を生み出すが、行うケースが多い。この電子伝達の際に形成されFNR や NiR、SiR などの還元酵素は、PSI から直る複合体は解離会合を伴う過渡的なものであり、接電子を受け取ることができない。PSI から電子電子の授受が終わると直ちに複合体は解離する。
例えば、光合成における電子分配において中心的役割を果たす Fd は、酸化状態と還元状態で構造*連絡先 E-mail: hkawai@nibb.ac.jp74

光合成研究28 (2) 2018

図 1. PSI を中心とした還元力の分配
PSI から生じた電子は Fd を介して生体内の様々な同化酵素に分配される。

が異なると報告されている。それによると、還元

決定し、4.3 Å 分解能で構造解析を行った。Fd が状態では酸化還元中心金属である[2Fe-2S]クラス

もつ[2Fe-2S]クラスターの位置は異常分散差フーターを取り巻くループ構造中の Ser45 のカルボニ

リエマップから確認できたものの、Fd のタンパ

ル酸素が約 180°反転していることが示されていク質部分の電子密度はブロードで主鎖構造をトる

1)。このように酸化･還元状態で構造が異なる

レースできないという問題が発生した。この理由

ことが、電子伝達反応後の素早い複合体解離に寄は、X 線照射実験中に Fd が還元されて解離し複与していると考えられる。本研究における PSI

合体が不均化したためと予想できた。

と Fd の電子伝達複合体も例外ではなく、電子伝

この問題を解決するためには「酸化型 Fd と同達後に迅速に複合体が解離するという性質を等の立体構造を持ちながら、電子伝達活性を持た持っており、構造解析可能な安定な複合体結晶をない Fd」を利用することが理想的である。そこ得る工夫が必要であった。

で、このような性質をもった金属置換 Fd を用い研究を開始した当初は、好熱性シアノバクテ

た構造解析に取り組んだ。Fd が持つ[2Fe-2S]クラリア Thermosynechococcus elongatus から精製した

スターは金属イオンから再構成可能であること

PSI 三量体と、T. elongatus の Fd を発現する大腸は以前から報告されており、再構成の過程で Fe3+

菌から精製した組換え体 Fd を利用して複合体結の代わりにイオン半径が近い Ga3+を用いると、晶構造解析に取り組んでいた。結晶化スクリーニ

安定な Ga 置換 Fd (Fd[Ga]) を再構成可能である

ングで得られた様々な条件の結晶を溶かしてと報告されていた 3,4)。再構成されたクラスター

SDS-PAGE にて分離したところ、1 条件のみで Fd

は、植物型 Fd とは異なりルブレドキシン様のが含まれていることが確認できた。その後、結晶[1Ga-0S]クラスターであるという金属分析の報

化条件および結晶の抗凍結条件の最適化を行い、告もあった。そこで我々の研究室の村木、武藤等

得 ら れ た 良 質 の 単 結 晶 を 用 い て SPring-8

により、事前に Fd[Ga]の X 線結晶構造が[2Fe-2S]

BL44XU にて X 線回折強度データの収集を行っクラスターをもつ酸化型 Fd とほぼ同じであるこた。引き続き、T. elongatus の PSI 構造

2)(PDB ID:と (Cα 炭素の rmsd が 0.286 Å)、さらに NMR に

1JB0) をモデルとした分子置換法で初期位相をて PSI との相互作用は野生型 Fd と同質であるこ75

光合成研究28 (2) 2018とが確認された 5)。このような事前準備を行った
のちに、Fd[Ga]を用いて PSI との複合体結晶を作製した。野生型 Fd を利用した場合と全く同じ結晶化条件で複合体結晶が得られたことからも、
PSI との分子認識に違いが無いことを示唆している。この結晶を用いて X 線結晶構造解析に取り組み、4.2 Å での構造を決定した (PDB ID: 5ZF0)6)。
そして、見込み通り複合体結晶構造中に Fd の蛋
白質部分の電子密度を得ることに成功した。
PSI-Fd 複合体結晶の非対称単位中には二分子の PSI 三量体がルーメン側で向かい合うようにパッキングされており、全ての PSI プロトマーにFd が結合していた。上下の PSI-Fd 構造は互いに殆ど変わらなかったため、以下は上側の PSI 三量体-Fd 構造について記述する。なお、上側の PSI三量体に含まれる三分子の Fd を Fd1、Fd2、Fd3とした (図 2)。
3. PSI 上の Fd の結合位置
PSI と Fd の個別の構造研究は古くから行われており、Fd の最初の高分解能構造は 1980 年に 7)、
PSI の高分解能構造は 2001 年に報告されている
2)。これまで、これら単体の立体構造を基にして作製した部位特異的変異導入の実験や、架橋実験
によって PSI と Fd の相互作用残基を明らかにするための研究が進められてきた。それらによると、
Fd は PSI の細胞質側に存在する表在性タンパク

図 2. PSI-Fd 複合体の全体構造
A：PSI-Fd 複合体を細胞質側からみた図。PSI 三量体の各プロトマーに Fd が結合している。
B：A を 90°回転させ、PsaK 側からみた図。Fd は
PsaA、PsaC、PsaE の形成するポケットに結合する。
PsaD とは接点をもたない。
C：A を 90°回転させ、PsaF 側からみた図。

質、PsaC、PsaD、PsaE と直接相互作用して複合
体 を 形 成 す る と 提 唱 さ れ て い る 8-10) 。 そ こ で
PSI-Fd 結晶構造中の相互作用残基を確認すると、実際に PsaC と PsaE に相互作用部位が存在し、反応中心蛋白質である PsaA とも相互作用して複合体を形成していることが明らかとなった。しかしながら、Fd と PsaD との直接的な相互作用は確認

互作用しており、Fd とフィコビリソームの結合できなかった。これは、PsaD の酸性残基が Fd とは競合しない位置関係であったの相互作用に重要であるという報告

10)

とは相反
4. 効率よく電子を伝達する仕組み

する一方、PsaD の塩基性残基に変異を導入した
際は Fd との相互作用への影響が小さい

11,12)PSI から Fd への電子伝達は、それぞれの酸化こととは矛盾しない結果であった。また最近になって、還元中心である FB ([4Fe-4S]クラスター) から

PSI の細胞質側には集光アンテナであるフィコビ[2Fe-2S]クラスター間で起こる反応である。FB の

13)

。それによ

酸化還元電位は-600 mV と極めて低く、約-400

るとフィコビリソームは PsaA および PsaD と相mV の酸化還元電位をもつ[2Fe-2S]クラスターへ

リソームが結合すると報告された

76

光合成研究28 (2) 2018

図 3. PSI と Fd の相互作用残基
左上の Fd 分子表面には Fd1、Fd2、Fd3 の全ての相互作用残基を示した。黒色で示したアミノ酸は、Fd1~3 の全てに共通して相互作用に関わっている残基、茶色で示したアミノ酸は Fd1~3 のうちいずれか 2 分子の相互作用に関わっている残基、薄茶色で示したアミノ酸は Fd1~3 のうちいずれか１分子の相互作用に関わっている残基である。
右の PSI には Fd1、Fd2、Fd3と相互作用する全ての残基をス
ティックモデルで示している。
緑：PsaE、マゼンタ：PsaC、青：PsaA。

の電子伝達は迅速に進行すると予想される。電子互作用は、Fd1、Fd2、Fd3 とそれぞれの PsaA、伝達反応を駆動する主要な要因は「酸化還元電位

PsaE との相互作用残基数に大きな違いはなく、差」であるが、その他にも「電子の移動距離や経Fd の S60、D61、Q62、S63、D66、D67、I70 、路(酸化還元中心金属間の距離や配向)」と、「酸E71 が PsaA の R36、A39、R40、T62、S63 と、化還元中心金属周囲にアミノ酸残基がつくりだ

また、Fd の Y24、E31、R41、A42、Y81 は PsaEす環境」も重要である。

の R3、I37、R39、V55、T57 と相互作用し、複合

まず、酸化還元中心の相対配置について考察

体構造を安定化していた。このような階層的な相する。PSI-Fd 三量体中の FB と [2Ga-2S]クラス

互作用様式で複合体を形成し安定化することで、ター間の距離には 8.3 から 9.6 Å の開きがあるも

PSI から Fd へ効率のよい電子伝達反応が達成さのの (Fd3 の[2Ga-2S]クラスターが FB に最も近れると考えられる (図 3)。

い)、どのプロトマーにおいても電子を直接伝達

次に、これらの結晶構造で同定された相互作できる距離に位置していた。なお、Fd の[2Ga-2S]用残基が溶液中でも相互作用に関与しているか

クラスターでは異常分散差フーリエマップにもについて、横浜市立大学の池上教授の協力を得てピークの高さに違いが見られ、Fd3 の値が最も高

NMR による転移交差飽和法にて検証した 14)。こ

かった。このことから、Fd3 は最も強く PSI に結の方法では、安定同位体ラベルしていない PSI合している一方、Fd1 と Fd2 は相対的に緩く PSIに 2H-ラベルした Fd を加えた試料に対し、脂肪に結合していることが示唆された。

族水素の 1H-核スピンをラジオ波照射することで次に酸化還元中心を取り巻く環境について考飽和させる (Fd は重水素化されているので脂肪察する。PSI と Fd の酸化還元中心近傍では PSI

族水素は PSI だけに存在する)。この飽和は PSIの PsaC と Fd の双方のアミノ酸が疎水的環境をと相互作用している Fd にも転移し、1H-15N HSQC

作り出しており、電子の移動に適した分子環境とシグナルの強度減少として観測されるため、シグ言えた。FB を配位している PsaC と Fd の相互作

ナル強度が減少した残基は PSI との界面にある用残基数は Fd1 と Fd2 では 3 残基であるのに対と言える。なお、酸化型 Fd では鉄の常磁性効果

して Fd3 は 6 残基で相互作用していた。この酸化により[2Fe-2S]クラスター周辺のシグナルが検出

還元中心を取り巻く疎水領域の外側は、Fd とできないため、Fd[Ga]を使用した。その結果、結PsaA および PsaE との静電的相互作用と水素結合

晶中で PSI と相互作用すると同定された Fd のアにより取り囲まれていた。この極性残基による相ミノ酸残基は溶液中でもほとんど同じであるこ77

光合成研究28 (2) 2018

図 4. Fd の結合に誘導される PSI 三量体の構造変化
Fd 結合前後の PSI の構造を定量的に算出し、0.5 Å 以上のずれを白いベクトルで表示した。A、B 図共に、
左図は、ベクトル表示前の構造、右図はベクトル表示後の構造 (ヘリックスモデル半透明化) を表示している。
A：PSI-Fd 複合体の三量体を細胞質側からみた図。表在性蛋白質が PSI 三量体の外側に向かって動く。
B：A の図を 90°回転させた図 (プロトマー3 のみを表示)。PsaC と PsaE の動きは、PsaE と接している膜貫通蛋白質 PsaF へと伝わる。
C：PsaF ピストンモデルの模式図とが示された。このように、X 線結晶構造解析に

PsaF を介してチラコイド膜内外の電子伝達蛋白

加えて、溶液中での相互作用を検証できる NMR

質の結合情報を伝達することで、PSI の還元からを相補的に利用することで、信頼性の高い情報が酸化までの一連の電子の流れをスムーズに進行得られた。

させるための微調整を行っていると考え、この仕組みを PsaF ピストンモデルとして提唱した (図5. Fd の結合に誘導される PSI の構造変化からみ4-C)。
植物の場合、扇形の PSI の外側 (PsaF 側) にえてきたことPSI-Fd 複合体の構造と Fd が結合していない

Light harvesting complex I(LHCI) という 20~25

PSI の構造を比較したところ、チラコイド膜を隔

kDa の集光蛋白質が 4 分子 (Lhca1-4) 結合する。

てた細胞質側とルーメン側を繋ぐ垂直方向の構

この LHCI から PSI コアへの主要な光エネルギー

造変化が確認された。この動きをベクトルにて定伝達は、ベルト状の LHCI の両端に位置する

量的に示したのが図 4-B である。Fd が PSI に結

Lhca1 から PsaB、Lhca3 から PsaA という経路を合すると、Fd と直接相互作用している PsaC、PsaE

経ると算出されており 15)、PsaF と Lhca4 の間にが PSI 三量体の外側に向かって移動する (図 4-A)。

は溝が存在している。この空間的余裕があるため、その動きは、PsaE と接している膜貫通サブユ

シアノバクテリアのみでなく植物においてもニット PsaF にも連続しており、最終的にルーメ

PsaF ピストンモデルが機能している可能性があ

ン側に突出した PsaF の N 末端まで伝わっていたると考えている。

(図 4-B)。この PsaF の N 末端近傍は PSI を還元す

最後に PSI 三量体を構成するプロトマー間のる電子伝達蛋白質の Cytochrome c6 が結合する位相対配置について見ていく。2014 年に Baker ら

置として知られている。このことから、PSI は

は、PSI 三量体が各プロトマー間で光エネルギー78

光合成研究28 (2) 2018を共有することを報告している 16)。そこで今回している界面から遠く離れた場所の構造変化ま我々が解析した PSI-Fd 複合体構造に目を向けてでも誘起し、高度な制御を行っている可能性が提みると、Fd が結合することで、PSI 三量体の各プ唱された。今後、光合成研究をはじめ多くの生体

ロトマー間の距離が変化することが確認された。

反応について、蛋白質が実際に機能している複合

これは近接するプロトマーに光エネルギーを伝体状態での構造解析が進むことで、高次の生命現達するという Baker らの報告を裏付ける構造変象への理解が深まることを期待する。

化とも考えられる。
シアノバクテリアとは異なる光アンテナ系をもつ植物や緑藻の PSI は三量体ではなく単量体

謝辞として存在するが、シアノバクテリアでいう三量Fd[Ga] を 精 製 す る 系 の 確 立 は 村 木 則 文 博 士

体の境界面にあたる PsaK と PsaL の間には、光(現、分子科学研究所助教)、Fd[Ga]の調製は大阪

環境の変化に応じて PSII の集光アンテナである大学の新村研究員、NMR による PSI と Fd の相互

LHCII が結合すると言われている

17,18)。紅藻にお作用解析は横浜市立大学池上貴久教授と武藤梨

いても PSI は単量体として存在しており、シアノ

沙博士 (現、福岡大学理学部助教)、最終の結晶

バクテリアの三量体の境界面にあたる PsaM 側に

構造解析は大阪大学の田中秀明准教授に担当し

19)。これらのことは、シアていただきました。これらの方々、ならびに大型ノバクテリア PSI の三量体境界面が、進化の過程

放射光施設 SPring-8 BL44XU のビームライン関

で LHCII や LHCR からの光エネルギーを取り込係者の方々に感謝申し上げます。また、His-tag

む経路に進化したことを示唆しているのではな

付きの PSI を発現する株を提供してくださった、

いだろうか。

ルール大学ボーフムの Matthias Rögner 教授とLHCR が結合している

Marc M. Nowaczyk 先生に御礼申し上げます。
6. おわりに

本研究は日本学術振興会科学研究費補助金

我々は、4.2 Å で解析した PSI-Fd 複合体の結(13J03550、16H06560)、JST-CREST 及び、大阪大

晶構造を基に、PSI 上の正確な Fd 結合部位を特学の国際共同研究促進プログラムの支援を受け定し、さらに双方の酸化還元中心間の距離や複合たものです。

体界面でアミノ酸が作り上げる環境から PSI-Fd間の電子伝達が効率よく進行する構造基盤を解Received July 2, 2018; Accepted July 27, 2018; Published

明した。さらに Fd 結合前後の PSI 構造を比較す

Aug 31, 2018.

ることで、Fd は PSI から電子を受け取るだけでなく、PSI の構造変化を引き起こし、PSI の電子伝達反応や集光反応を効率よく行うための調整

参考文献

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1.3 Å, and reduced, at 1.17 Å, [2Fe-2S] ferredoxin

変化を誘起する柔らかくダイナミックな相互作

from the cyanobacterium Anabaena PCC7119 show用であるといえるであろう。これまでに報告されredox-linked conformational changes. Biochemistry

た Fd-FNR20)、Fd-NiR21)、Fd-SiR22)などの複合体

38, 15764–15773.

構造解析では、複合体形成によって誘導される構2.

Jordan, P., Fromme, P., Witt, H.T., Klukas, O.,

造変化やドメイン間の相対配置の調整、配位様式

Saenger,W.

の変化など、単体の構造からは計り知れない構造

Three-dimensional

andKrauss,structureN.
of(2001)

cyanobacterial

photosystem I at 2.5 Å resolution. Nature 411, 909–

情報が得られてきた。本研究からは、PSI と Fd917.

は複合体を形成することで、Fd が直接相互作用

79

光合成研究3.

28 (2) 2018

Vo, E., Wang, H.C. and Germanas, J.P. (1997)
Preparation

4.

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characterization

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22.

as

revealed

by

NMR

and

X-ray

Kim, J.Y., Nakayama, M., Toyota, H., Kurisu, G. andHanley, J., Setif, P., Bottin, H. and Lagoutte, B.

Hase, T. (2016) Structural and mutational studies of(1996) Mutagenesis of photosystem I in the region ofan electron transfer complex of maize sulfite

the ferredoxin cross-linking site: modifications of

reductase and ferredoxin. J. Biochem. 160, 101–109.

positively charged amino acids. Biochemistry 35,
8563–8571.

80光合成研究28 (2) 2018

X-ray crystal structure of trimeric photosystem I-ferredoxin complex
Hisako Kubota-Kawai
1

1,2,*、Genji Kurisu
2

1

Institute for Protein Research, Osaka University, National Institute for Basic Biology

81

光合成研究28 (2) 2018

研究紹介
アンチマイシン A が引き起こす
光化学系 II 内部のシトクロム b559 への阻害効果§
1

神戸大学大学院・農学研究科

2

京都大学大学院・生命科学研究科
高木 大輔

1,†,*

、伊福 健太郎2

アンチマイシン A は、光合成研究の分野においてフェレドキシンを介した光化学系 I 循環的電子伝達反応の阻害剤として頻繁に使用されてきた。しかしながら、アンチマイシン A のチラコイド膜上における標的タンパク質や、その阻害機序に関しては未解明な点が多く残されている。本稿では、アンチ
マイシン A が光化学系 II 内部のシトクロム b559 に作用することを紹介する。単離チラコイド膜を用いた解析において、アンチマイシン A は通常使用される濃度でシトクロム b559 の酸化還元電位を変化させ、さらに比較的低濃度でも、光照射下におけるシトクロム b559 の酸化還元反応に影響を及ぼした。
シトクロム b559 は、光化学系 II の循環的電子伝達反応に関わると考えられており、実際、アンチマイシン A の添加は光化学系 II の光傷害を促進した。これらのことから、アンチマシン A は光化学系 II 循
環的電子伝達反応の機能解析において有用と考えられた。一方で、従来の光化学系 I 循環的電子伝達反応の阻害剤としてのアンチマシン A の使用には、結果の解釈に注意を要すると考えられる。

1．はじめに12酸構造部位が水素結合により Cyt bc1 の Qi サイト

光合成研究においては、光合成電子伝達反応に結合し、High potential b-type heme からユビキ

から炭酸固定反応に至るまで、様々な阻害剤が反ノンへの電子伝達反応を阻害することが明らか

1)

応機構を明らかにするために使われてきた 。そとされた 4-8)。一方、光合成研究においてアンチ

うした阻害剤のうち、アンチマイシン A も光合マイシン A が初めて使用されたのは、動物を対成研究の発展に大きく貢献した阻害剤の一つで象とした実験からやや遅れて 1959 年であると理ある。アンチマイシン A は 1949 年に Streptomyces

解している 9)。その後、1963 年に Tagawa らが、属から単離された天然の殺菌抗生物質である 2,3)。

単離した broken chloroplasts（包膜が破れた状態

昆虫やラットの肝臓といった動物を実験対象との葉緑体）を用いたフェレドキシンを電子受容体

した作用機序の解析から、ミトコンドリアとする循環的光リン酸化反応

Complex III（Cyt bc1 複合体）を標的とすること

photophosphorylation）の解析で、アンチマイシンが明らかとされた。Cyt bc1 複合体は、呼吸鎖電

A が ATP 合成を大きく阻害することを見出した

子伝達反応において、還元型ユビキノン（ユビキ

10)ノール）から電子を受け取り、シトクロム c を還学系 I（PSI）循環的電子伝達反応（Cyclic electron

元する。アンチマイシン A は、ジラクトン環とflow around photosystem I、 CEF-PSI）に相当する。

サリチル酸部位から構成されるが、特にサリチル

光合成電子伝達反応には、光化学系 II（PSII）の（ cyclic。この循環的光リン酸化反応は、後に言う光化

水の酸化で得た電子が、プラストキノン（PQ）、§

第 9 回日本光合成学会年会 ポスター発表賞受賞論文†
現所属 東北大学大学院・農学研究科*連絡先 E-mail: d.takagi@tohoku.ac.jp

シトクロム（Cyt） b6f、プラストシアニン、PSI、
フェレドキシン、フェレドキシン NAD（P）H オ

82

光合成研究28 (2) 2018

図 1. PSII 内部における Cyt b559 依存的な電子伝達反応の模式図
直線的電子伝達反応経路は青色の実線矢印で示し、PSII 内部の Cyt b559 依存的な電子伝達反応経路は灰色の破線矢印で示した。赤色で示した数値は矢印でつながれた電子伝達コンポーネント間の PSII 構造内部における距離を示した 25,26,41)。ただし、クロロフィル間の距離は中心金属原子間の距離、その他は分子間の最短距離である 25)。図中の略語に関して PheoD1 は D1 タンパク質に存在するフェオフィチンを示した。Cyt b559
はシトクロム b559 を示し、PSII 内部では High potential （HP）form、Intermediate potential （IP）form、 Low
potential（LP）form の 3 つの酸化還元電位型を取りうる。CarD2、ChlZD2、ChlD2 はそれぞれ D2 タンパク質に結合しているカロテノイド、クロロフィル Z、アクセサリークロロフィルを示す。

キシドレダクターゼを介して NADP+へと伝達さ

regulation like protein 1 （PGRL1）] が同定されれる Z-スキーム型の直線的電子伝達反応（Linear

19-22)

electron flow）に加えて、PSI に到達した電子がも解析が盛んに行われている 11, 12, 23, 24)。こうした多う一度光合成電子伝達鎖（PQ と考えられている）

くの成果からも判断できるように、アンチマイシに再導入されることによって、チラコイド膜を介ン A という阻害剤がいかに光合成の研究の発展したプロトン勾配形成と ATP 生産の促進を行うに寄与してきたかは明らかである。

CEF-PSI と呼ばれる電子伝達経路が存在してい
11, 12)、それらの転写制御、複合体形成過程などの一方で、アンチマイシン A がフェレドキシン。Tagawa らの発見が、光合成研究におい依存的な CEF-PSI をどのように阻害するかの分てアンチマイシン A とフェレドキシン依存型の子メカニズムについては、構造生物学の進展が著

CEF-PSI の関係を結び付ける大きな転機となり、しい現在でも未だ解明されていない。また、アン以降、CEF-PSI の評価を行う際にアンチマイシン

チマイシン A には CEF-PSI の阻害剤という大きA が頻繁に用いられるようになった。

く注目集める効果以外に、これまで見過ごされてる

その後、解析対象は単離葉緑体を用いた解析

きた PSII への作用が存在する。本稿では、アンから生葉を用いた in vivo での光合成解析へと推

チマイシン A のもう一つのターゲットである

移し、解析手法も ATP 合成や CO2 固定評価から、PSII への効果について、近年、筆者らが報告した

クロロフィル蛍光測定や PSI 反応中心クロロ

PSII 内部の Cyt b559 に及ぼす影響を紹介する。

フィル（P700）の吸収変化などの非破壊測定よって CEF-PSI 活性を評価する方法へと発展して
13-18)

2．PSII 内部の b-type heme、Cyt b559 の分子機能。その結果、現在ではシロイヌナズナ

最初に、本稿で取り扱う Cyt b559 について紹介

における CEF-PSI 変異体が多数、単離されておする。Cyt b559 は PSII 反応中心複合体の D2 サブ

CEF-PSI に 関 わ る コ ン ポ ー ネ ン ト

ユニット近傍に結合する b-type のヘムタンパク[NAD(P)H dehydrogenase like complex（NDH）、質であり 25)、PSII サブユニットである PsbE とProton gradient regulation 5（PGR5）、Proton gradient

PsbF からなるヘテロダイマーである 26) 。その酸

いった
り、

83

光合成研究28 (2) 2018

化還元ヘムは、PSII 複合体の受容側（ストロマ側）

想定されている CEF-PSII の電子伝達経路を示す。

近くに位置し、PsbE と PsbF が各々有する二つのP680+への電子の供給は、D2 タンパク質に結合しヒスチジン側鎖に挟まれるように配位されていP680 近傍に存在するクロロフィル（ChlD2）とカる （図 1）。この Cyt b559 の生理的役割は未だにロテノイド（CarD2）を介して Cyt b559 から起こる

未解明な点が多いが、シアノバクテリアから陸上と考えられている。また、酸化された CarD2（CarD2+）

植物に至るまで Cyt b559 が保存されていること、は、周辺の ChlZD2 などの Chl や Car も酸化する

また PSII 複合体の分子集合過程のごく初期の複と考えられている。ただし、Kitajima と Noguchi

合体に Cyt b559 が含まれ、PSII の分子集合に必須

は ChlZD2 の酸化は CarD2 と独立して起こり得るこであることから、PSII の機能にとって欠かすこととを報告している 38)。一方、酸化された Cyt b559ができない重要なコンポーネントである 27)。

の還元については、シアノバクテリアの PSII 立

Cyt b559 の特徴は、複合体内部において high体構造的において、Cyt b559 への電子供与体と想potential（HP）form（～400 mV）、intermediate

定される Pheo と QB は、いずれも構造内で Cyt b559

potential (IP) form（～200 mV）、low potential（LP）と距離が離れており、チラコイド膜上で分光学的

form （～50 mV）の 3 つの酸化還元電位を取るに観測される Cyt b559 の還元速度（t1/2 = 100 ms）。これら 3 つの電位状態は、複合を説明できない 26, 39, 40)。Guskov らは Cyt b559 と体内部におけるヘム周辺の疎水的環境、ヘムを配

edge to edge で 15 Å の距離（Qc 結合時のプラス

位する His 残基の配位角度、プロトン付加、にトキノールの head group との距離は 17.1 Å）に新

よって影響を受けて変化することが報告されて

規の PQ 結合部位である QC site の存在を報告して

ことである

28)

29-34)。興味深いことに、Cyt b559 の電位状態

おり、そうした別の PQ 結合サイトの関与も示唆

は、PSII 複合体において、膜の反対側に位置する

されている 26, 39-42）。しかしながら、まだ定説とMn クラスターの状態に大きく影響されることがなるには至っておらず、CEF-PSII の電子伝達経

知られており、酸素発生活性が高い場合には HP

路にはまだまだ解明すべき点が多く残されていform の割合が多く、PSII がダメージを受けるとる。

いるLP form の割合が多くなることが知られている
36)

35,

3．CEF-PSI 解析におけるアンチマイシン使用の。しかしながら、その酸化還元電位の調節機構の詳細は明らかではない。最近では、PSII のチラ

問題点

コイド膜のルーメン側に結合し、Mn クラスター

前述のようにアンチマイシン A といえばの活性化に重要な役割を持つ PsbP タンパク質のCEF-PSI の阻害剤という印象が強いが、それだけ結合が Cyt b559 の電位状態に影響することが報告では説明できない現象も存在する。ここで、クロ

されている

37)

。

ロフィル蛍光を用いたフェレドキシン依存的なCyt b559 は、光合成電子伝達反応において PSII

CEF-PSI 評価法を例にとる。この方法では、単離内部における循環的電子伝達反応（CEF-PSII）にした ruptured chloroplasts（葉緑体包膜を浸透圧に関わると考えられている

26)。その生理的役割は、

よって破壊した葉緑体）にフェレドキシンと何らかの原因で酸素発生系から PSII の反応中心

NADPH を加え、その時に観測されるクロロフィ+

P680 への電子供給が滞った場合に、PSII の還元

ル蛍光の上昇により CEF-PSI 活性を評価する

側から電子を循環的に戻す役割があると考えら

19-23）

26)。このクロロフィル蛍光の増大は、NADPH。また、Cyt b559 の酸化に伴い、クロにより還元されたフェレドキシンが、チラコイド

ロフィル（Chl）やカロテノイド（Car）も酸化さ

膜内の PQ プールを還元することが原因と考えられることが知られており、Cyt b559 の還元にはれており、アンチマイシン A はそのクロロフィ

Pheo、QB、PQ プールなどの関与が示唆されていル蛍光の増大を抑制する。しかしながら、PSII

れている

る

26）

内部の QA–QB 間の電子伝達反応の阻害剤である。しかしながら、その電子伝達反応の経路の詳細は未だ明らかとなっていない。図 1 に現在、

84

DCMU は、フェレドキシン依存の CEF-PSI 活性光合成研究28 (2) 2018

図 2. アンチマイシン A が Cyt b559 の酸化還元電位に与える影響
ホウレンソウから単離したチラコイド膜において、暗所においてフェリシアン化カリウム [Fe（III）CN] で
Cyt b559 を完全酸化し、HP form のみを還元するヒドロキノン、IP form を還元するアスコルビン酸、LP formを還元するジチオナイトを順に添加し、それらの添加に応じて還元される Cyt b559 の割合から HP、 IP、 LP
form で存在する Cyt b559 の割合を算出した。A はアンチマイシン A 非存在下での結果を示し、B はアンチ
マイシン A 存在下での結果を示す。A、B の図内における青色で示した領域は滴定前において還元状態で存在している Cyt b559 の量を示し、赤色で示した領域は滴定前において酸化状態で存在している Cyt b559 の量を示す。赤矢印は各試薬を添加した時点を示す。C はアンチマイシン A の濃度変化に伴う Cyt b559 の HP、
IP および LP form の割合の変化を示す。なお、アンチマイシン A の有無によって検出されるチラコイド膜における Cyt b559 の総量は変化しないことを確認している 49)。D は暗所で単離チラコイド膜を含む反応液にアンチマイシン A を加えてからの Cyt b559 の酸化還元の変化を経時的にモニターした結果である。黒線は好気条件での結果を示し、赤線は嫌気条件での結果を示す。図は Takagi et al. 49) から改変した。

4．アンチマイシン A が PSII に与える影響と考えられているクロロフィル蛍光の上昇を阻
害しない

43)

〜Cyt b559 の酸化還元電位の変化〜。即ち、フェレドキシンからの電子は PQ プールではなく PSII に作用しており、それそこで筆者らは、アンチマイシン A がチラコを阻害するアンチマイシン A も PSII に作用してイド膜上の、どのコンポーネントを標的として光いる可能性がある。実際、アンチマイシン A の合成電子伝達反応に影響を与えているのかを

PSII への作用について、過去にいくつか報告があKinetic LED-array spectrophotometer （Waltz 社）

44-46)。このよを用いた多波長分光測定により解析した。Kinetic

うに、阻害剤は確固たる標的と作用機序の基にはLED-array spectrophotometer は 508~580 nm の領域非常に有効であるが、作用点の曖昧さのもと使用

における波長吸収変化を同時かつ経時的に解析する際には、結果の解釈を難しくする。とりわけでき、多数の光合成電子伝達成分の酸化還元変化

クロロフィル蛍光解析においては PSII からの蛍の同時解析を可能とする 47,48)。その結果、単離チ

光を見ているため、アンチマイシン A が PSII に

ラコイド膜においてアンチマイシン A は PSII の作用した場合、正しく CEF-PSI を評価できていCyt b559 の酸化還元電位を変化させることを確認るか不明瞭である。

した（図 2） 49)。図 2 は Cyt b559 が取りうる 3 つ

るが、深くは追求されてこなかったの酸化還元電位型を、様々な還元剤を用いた滴定85

光合成研究28 (2) 2018

により分別定量した結果である。解析は暗条件下に依存する酸化は確認されなかった（図 2D）。

においてチラコイド膜を含む反応液に [Fe（III）

この結果から、還元状態であった Cyt b559 がアン

CN] を添加することで Cyt b559 を完全酸化させチマイシン A の作用によって HP form から LP

た後、HP、IP、LP form を還元し得る還元剤を順

form へと変化し、酸素依存的に酸化されると考に添加することで行った

50,51)。図 2A に示すようえられた（図 2D）。

に、アンチマイシン A 非存在下で、暗順応させこうしたアンチマイシン A の Cyt b559 の酸化た単離ホウレンソウ葉緑体においては、6 割ほど還元電位に与える効果は、PSII が濃縮されたグラの Cyt b559 が HP form で存在していた。ここにアナ膜（BBY 膜）を用いた実験においても確認さ

ンチマイシン A を添加すると、濃度依存的に HPれた 49)。一方、チラコイド膜および BBY 膜におform が減少し、代わって LP form が増加した（図いて、2,6-dimethylbenzoquinone（DMBQ）依存的

2B、C）。また、最初に[Fe（III）CN] により酸な酸素発生能力を評価したところ、アンチマイシ

化される Cyt b559 の量は暗所で還元状態として存ン A の存在下および非存在下で PSII における酸在している Cyt b559 とみなすことができ、その量

素発生活性に差はなかった 49)。また、PSII 複合

は HP form の割合とほぼ一致し、アンチマイシン体のサブユニット組成に関しても、PsbP の結合

A の添加では還元型 Cyt b559 の割合が大きく低下も含めて、アンチマイシン A 添加の影響は認めすることが確認された（図 2A、B）。 そこで、られなかった 49)。これらのことから、アンチマ

チラコイド膜を含む溶液にアンチマイシン A を

シン A は PSII の Mn クラスターの酸素発生活性

添加し、経時的に Cyt b559 の酸化還元の変化をモや PSII の複合体形成状況には影響せず、Cyt b559

ニターしたところ、Cyt b559 は好気条件で酸化さ近傍の構造に直接作用し、酸化還元電位の変化をれるが、嫌気条件においてはアンチマイシン A

誘導していることが考えられた。

図 3. 単離チラコイド膜における Cyt b559 の酸化反応解析
ホウレンソウから単離したチラコイド膜に励起光（1,000 µmol photons m-2 s-1）を照射した時の Cyt b559 の酸化キネティクス（A-C）と AL 消灯時の Cyt b559 の還元キネティクス（D）を示す。赤矢印は励起光の照射開始を意味し、青矢印は励起光の消灯を意味する。反応溶液中には光合成電子伝達反応駆動の為の電子のアクセプターとしてメチルビオロゲンと過酸化水素消去の為のカタラーゼを添加している。B では上記反応溶液に Mn クラスターの活性を阻害するためにヒドロキシアミン（1 mM）を、C では脱共役剤であるニ
ゲリシン（0.5 µM）を、ΔpH による水酸化活性の低下を緩和するために加えて解析を行った。A から C の図内には Cyt b559 の酸化反応における t1/2 を示した（平均値±標準誤差、n = 3-6）。図は Takagi et al. 49)から
改変した。

86

光合成研究5. アンチマイシン A が PSII に与える影響

28 (2) 2018

これらのことから、光照射下で Mn クラスターを〜介した反応中心 P680+への電子供給が低下した場

Cyt b559 を介した電子伝達反応の抑制〜

合に、Cyt b559 を介した光合成電子伝達反応が促

続いて、光照射下において、アンチマイシン
A が Cyt b559 の関わる電子伝達反応に与える影響
49)

進されることが確認された。

。本

次に Cyt b559 の電子伝達反応におけるアンチ

解析においては、単離チラコイド膜を含む溶液にマイシン A の濃度依存性を解析した。Cyt b559 の電子のアクセプターとしてメチルビオロゲンを酸化還元電位に影響を与えない低濃度の条件下

加え、光照射下において直線的電子伝達反応のみ（～2 µM）において、単離チラコイド膜に光をが駆動する環境を設定した。まず、アンチマイシ

照射すると、Cyt b559 の酸化速度はアンチマイシ

ン A の非存在下においては Cyt b559 は光照射時にン A 非存在下に比べて低下した（図 4A-D）。従っ

酸化され、光消灯時に還元されることを確認したて、アンチマイシン A は Cyt b559 の酸化還元電位（図 3A, D）。つまり、Cyt b559 は単離チラコイド

を変えることに加え、かなり低濃度でも光依存的膜において直線的電子伝達反応だけが駆動するな Cyt b559 の酸化反応を阻害する効果があること条件下でも、電子の授受を行っていることが確認が明らかとなった。一方、Cyt b559 の酸化還元電された。また、Cyt b559 の酸化反応は PSII の Mn

位に影響を与える高濃度のアンチマイシン A 存

クラスターを還元破壊するヒドロキシアミンの在下では、Cyt b559 は光照射時において逆に還元存在下においては促進され、水の酸化反応を低下

されるようになり、10 µM の条件では、還元後、させるルーメンの酸性化を脱共役剤であるニゲ

ほとんど酸化されないことが明らかとなった（図を、単離チラコイド膜を用いて解析したリシンで緩和すると抑制された（図 3B, C）

49)

4E-G）。この比較的高濃度のアンチマイシン A。

図 4. アンチマイシン A が光照射時の Cyt b559の酸化反応に与える影響の解析
ホウレンソウから単離したチラコイド膜に励
起光（1,000 µmol photons m-2 s-1）を照射した時の Cyt b559 の酸化還元キネティクスを示す。励起光は図内の赤矢印の時点で照射を開始した。反応溶液中には光合成電子伝達反応駆動の為の電子のアクセプターとしてメチルビオ
ロゲンと過酸化水素消去の為のカタラーゼを添加した。図中左下には反応溶液中に含まれるアンチマイシン A の濃度を示した。緑枠で囲まれている条件（B-D）ではアンチマイシン
A は Cyt b559 の酸化還元電位には影響しない濃度での解析を示している。赤枠で囲まれた条件（E-G）のアンチマイシン A の濃度は Cyt b559の酸化還元電位に影響を及ぼし、HP form 量を低下させ、LP form の量を増加させる濃度域である。紫枠で囲まれた条件（H）は、単離チラ
コイド膜を含む溶液にアンチマイシン A（10µM）と DCMU（5 µM）を加えた状態における Cyt b559 の酸化反応の影響を調べた結果を示した。図は Takagi et al. 49)から改変した。

87

光合成研究28 (2) 2018

存在下における早い還元反応は、LP form へと変サイト周辺の構造に作用していることが推定さ化した酸化型 Cyt b559 に電子が流入する反応と考れた 49)。

えられる。アンチマイシン A 存在下でさらに
DCMU を加えると Cyt b559 の還元が抑制されたこ

6．アンチマイシン A は Cyt b559 依存的な循環的とから、Cyt b559 に電子を与えるのは QB 以降の電電子伝達反応を阻害することによって、PSII の子伝達成分であると考えられた（図 4H）。

光傷害を誘導する

さらに、アンチマイシン A は PSII の電子受容

前述の実験によって、アンチマイシン A が側の反応、QAàQB キノン間の電子伝達反応にもPSII に作用し、Cyt b559 依存的な CEF-PSII を阻害

影響を与えた。クロロフィル蛍光測定を用いて、することが明らかになった。Cyt b559 が担う PSII

パルス光照後の QA の再酸化キネティクスを解析

内部の電子伝達反応は、高い酸化力を持つ P680+

した結果、アンチマイシン A 存在下で蛍光の減（~1.2V）の蓄積を抑え、P680+によって引き起こ

衰速度が低下し、QAàQB 間の電子伝達反応が抑される PSII のドナー側における光傷害を緩和す。これに関連してる機能があると考えられている 26)。そこでアン

Nakamura と Sugiura らは、Thermosynechococcus

チマシン A によって Cyt b559 依存的な電子伝達反elongatus の Cyt b559 を保持する PsbE と PsbF にア応を阻害した場合に、PSII の光傷害が促進される

ミノ酸置換を行うことで、His 残基周囲の環境をかどうかを解析した（図 5）。アンチマイシン A

変化させた際に、Cyt b559 の電位状態が HP form

による PSII 光傷害への効果が CEF-PSI の阻害にから LP form へと変化するとともに、QA→QB 間

よって起こる可能性を排除するために、単離チラの電子伝達反応が低下することを報告している

コイド膜において電子のアクセプターとしてメ

52, 53)。一方、DCMU 存在下ではアンチマイシン

チルビオロゲンを用い、PSI から出た電子は酸素

A は QA の再酸化キネティクスに影響しなかった。

へと流れるよう実験条件を設定した。また、メチ

制されることが示唆された

熱発光解析
-

54)

49)

においても、アンチマイシン A は

ルビオロゲンを介して酸素へと電子が流れた結-S2QA の電化再結合温度には影響せず、S2QB の電果生成する過酸化水素の消去の為にカタラーゼ

化再結合温度を低下させたことから、PSII の QB

を反応溶液中に添加した。1,000 µmol photons m-2

図 5. アンチマイシン A が PSII の光傷害に与える影響の解析
単離チラコイド膜においてアンチマイシン A の存在下、および非存在下での PSII における酸素発生活性を測定した。反応溶液中には光合成電子伝達反応駆動の為の電子のアクセプターとしてメチルビオロゲンと過酸化水素消去の為のカタラーゼを添加した。A は、チラコイド膜に光傷害誘導の為の強光照射を行う前に反応溶液中に DMBQ を添加し、DMBQ 依存的な酸素発生活性を解析した結果を示す。B は強光（1,000 µmol
photons m-2 s-1）の光を 30 分照射した後に DMBQ を反応溶液中に添加し、DMBQ 依存的な酸素発生活性を解析した結果を示す。データは 3 回の独立した実験から得られた平均値±標準誤差を示し、図中にアスタリ
スクは有意差を示す（Student’s t-test、p < 0.05）。図は Takagi et al. 49)から改変した。

88

光合成研究28 (2) 2018

s-1 の光を上記のチラコイド膜反応溶液に 30 分間

置換し、Cyt b559 の酸化還元電位型を変化させた

照射し、その後、DMBQ を反応溶液に加えるこ

変異体を用いた解析から、Cyt b559 の HP form がとによって、DMBQ 依存的な酸素発生速度からPSII の光傷害から回復過程に必要であることがPSII の光傷害の程度を解析した。その結果、アン

示されている 53, 58)。一方、LP form を誘導する必

チマイシン非存在下では光照射の前後で PSII に要性については未だ実証されておらず、今後実証

おける酸素発生活性が約 50 %低下した（図 5B）。

すべき課題となっている。アンチマイシン A の一方で、アンチマイシン A 存在下で PSII の光傷

作用機序の解明は、こうした Cyt b559 の酸化還元害を誘導すると、光照射の前後では PSII におけ

電位のスイッチングメカニズムを明らかにできる酸素発生活性が約 20%まで低下した（図 5B）。

る可能性がある。近年、Kaminskaya らは、PSII

なお、光傷害誘導前では、アンチマイシン A のに存在する第三のキノン結合サイト QC pocket へ

有無では PSII における酸素発生活性に有意な差のプラストキノンの結合状態が、Cyt b559 の酸化はみられていない（図 5A）。これは BBY 膜にお還元電位を変化させる可能性を報告した 58–60)。もける DMBQ 依存的な酸素発生にアンチマイシン

しかするとアンチマイシン A は、この QC pocket

A は影響しないという結果と一致する

49)

。今回の

を PQ の代わりに占領することによって Cyt b559

実験条件では、CEF-PSI は駆動しない条件に設定の電子伝達反応および酸化還元電位に影響を及しており、アンチマイシン A が PSI における循

ぼしているのかもしれない。これはミトコンドリ

環的電子伝達反応を阻害することによって PSII

アにおける Cyt bc1 complex へのアンチマイシンの光傷害が促進した可能性は排除できる。すなわ

A の作用機序を考えると魅力ある仮説である。今

ち、アンチマイシン A は PSII の Cyt b559 に作用す

後、葉緑体の PSII においてもアンチマイシン A

る こ と に よ っ て PSII 内 部 の Cyt b559 依 存 的の相互作用様式が立体構造として解明され、光合

CEF-PSII を阻害し、PSII 光傷害を亢進したと考成電子伝達経路の研究に再び大きな知見をもたえられる。

らすことが期待される。

7．Cyt b559 の関与する電子伝達反応制御の解明に

8．おわりに
今回の解析において、アンチマイシン A は単向けて

今回の結果から、アンチマイシン A は、直線

純な CEF-PSI の阻害剤ではなく、PSII の Cyt b559

的電子伝達反応にも少し影響を与えるものの、そ依存的な循環的電子伝達反応にも作用することの大きな阻害なしに Cyt b559 の HP form から LPを明らかとした。即ち、CEF-PSI の活性評価およform へのスイッチングを誘導できる阻害剤であびその生理学的役割を解析しようとする際に、アることが明らかとなった。図１で示したように、

ンチマイシン A の効果だけを持って、アンチマ

Cyt b559 が HP form で存在している場合には P680+

イシン A を添加時に現れる事象の原因をへと電子を供給することで PSII の光傷害を緩和

CEF-PSI に帰結することは非常に危険であろう。

することに貢献すると考えられる。一方、LP form

とりわけ、PSII からのクロロフィル蛍光を用いたへと変換した場合は、PSII の QB や PQ プールか解析で得られるアンチマイシン A の効果は、過ら効率よく電子を受け取り、LP form 依存的な酸去にさかのぼって慎重に再考する必要があると素還元反応により電子の受け皿を確保すると考考える。

55, 56)。後半の反応は循環的電子伝達では

アンチマイシン A が Cyt b559 に高い親和性をないため、Cyt b559 は CEF とオルタナティブな電もって作用するという点は、未だ明確でない Cyt

子伝達（AEF）を、光合成電子伝達鎖の酸化還元

b559 依存的な電子伝達反応の生理的役割や制御機

状態に応じて切り替えていると考えられる。T.

構を解明するために有効と考えている。一方、

elongatus や Chlamydomonas において、ヘムを配

CEF-PSI におけるアンチマイシン A の効果につ位する PsbE、PsbF の His 残基を別のアミノ酸にいても、PGR5 のアミノ酸置換がアンチマイシン

えられる

89

光合成研究28 (2) 2018

A の感受性を左右するとの報告があり 61）、全てProteolytic cleavage of the Fe−S subunit hinge region

を Cyt b559 への効果だけで説明できる状態ではな

of Rhodobacter capsulatus bc1 complex: Effects ofinhibitors and mutations. Biochemistry 39, 15484–

い。アンチマイシン A が光合成電子伝達鎖全体

15492.

に及ぼす作用に関しては、現段階ではまだ様々な

7.

測定結果から現象を考察する必要があるだろう。

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アンチマイシン A が Cyt b559 依存的な電子伝達反

cytochrome bc1 with bound substrate and inhibitors
at the Qi site. Biochemistry 42, 9067–9080.

応をターゲットとすることが明らかとなったこ
8.

とで、今後、CEF-PSII や AEF-PSII の生理学的解

Huang, L.S., Cobessi, D., Tung, E.Y. and Berry, E.A.
(2005) Binding of the respiratory chain inhibitor

析が発展することを期待する。

antimycin to the mitochondrial bc1 complex: a new
crystal structure reveals an altered intramolecularhydrogen-bonding pattern. J. Mol. Biol. 351, 573–

謝辞

597.
9.

本研究は、神戸大学の三宅親弘教授、京都大学

Whatley, F.R., Allen, M.B. and Arnon, D.I. (1959)
Photosynthesis by isolated chloroplasts: VII. Vitaminの西村太志博士との共同研究で行われたものでK and riboflavin phosphate as cofactors of cyclic

す。ご助言およびご指導をいただきましたこと、

photophosphorylation. Biochim. Biophys. Acta 32,

この場を借りて御礼申し上げます。

32–46.
10.

Tagawa, K., Tsujimoto, H.Y. and Arnon, D.I. (1963)

Received July 9, 2018; Accepted Aug 17, 2018; Published

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1

2

2

Graduate School of Agricultural Science, Kobe University, Graduate School of Biostudies, Kyoto University.

93

光合成研究28 (2) 2018

研究紹介
葉緑体チラコイド膜のルーメン pH 可視化を目指して§東北大学

生命科学研究科
上妻 馨梨*

葉緑体チラコイド膜を介して形成されるプロトン勾配は ATP 合成などの光合成反応に重要である一方、ルーメンの酸性化によるタンパク質の機能低下とも関連する。しかし、インタクトな植物における実際のルーメン pH の値を測定する技術は確立されておらず、ルーメンがどの程度酸性化されるのか不明である。本稿では、反射分光を用いてチラコイド膜ルーメンの pH 環境を可視化する新規測定法を提案する。光依存的に変化する反射分光指数（PRI）はキサントフィル色素の組成変化を検出していることが生理学的な検証から明らかになった。キサントフィルサイクルはルーメン pH の低下によって誘導されるメカニズムであることから、PRI を用いることでインタクトな葉のチラコイドルーメン環境をモニターできると期待する。
1．はじめに34

環境変化を可視化することを目指して研究を

光合成の初期段階では電子伝達反応において行っている。

チラコイド膜を介したプロトン勾配が形成され1990 年に Gamon らは光によって変化する反射る。チラコイド膜ルーメンに蓄積されたプロトン

分光指数 Photochemical Reflectance Index (PRI)をは ATP を合成するための駆動力となるだけでは提案した。PRI は、570nm をリファレンスとしてなく、余剰な光エネルギーを熱へと変換する熱放531nm の変化率を表したパラメータであり、散システムを誘導するためのトリガーにもなる1)。一方で、プロトン蓄積によるルーメン pH の

PRI = (R531 – R570) / (R531 + R570)

低下はチラコイド膜タンパク質の活性低下を引き起こす 2)。チラコイドルーメンの容量やグラナで算出される 4)。PRI は光強度依存的に変化する

スタックの層構造、ストロマラメラの大きさは光

こ と か ら 、 彼 ら は PRI が non-photochemical

環境などによって変化することが知られており、

quenching (NPQ) を反映して変化するパラメータ

プロトン濃度もルーメンで一様でないと考えらであると予想した。実際に、PRI は NPQ の大部

れている

3)

。しかしながら、インタクトな葉の分を占める熱散逸システムを誘導させるキサン

ルーメンにおいて膜タンパク質の機能低下をもトフィルサイクルによる光合成色素の化学変換

たらすような pH の低下が起こっているのを測定と強い相関が見出された 5)。これらの背景より、する技術は確立しておらず、未だ、プロトン濃度

PRI は光合成の NPQ を表すパラメータと認識さ変化が光合成機能にどのように影響を与えていれており、生態学の分野において、生態系の光合るのか不明な点が多い。筆者は、反射分光を用い成である総一次生産 (Gross Primary Production :てインタクトな植物葉のチラコイド膜ルーメン

GPP) をリモートセンシングによって推定するために活用されている 6)。しかし、光合成の余剰エネルギー散逸機構にはキサントフィルサイク
ルだけではなく、他にもいくつかのメカニズムが§

第 9 回日本光合成学会年会 ポスター発表賞受賞論文*連絡先 E-mail: kohzuma@googlemail.com

存在している。筆者は熱散逸システムに関与する

94

光合成研究28 (2) 2018

る。そのためには、まず PRI が何を検出しているのかを確認する必要がある。
2．PRI パラメータの生理学的な検証
生態学の分野において PRI は NPQ に相当するパラメータであるとの認識が強い。しかしながら、NPQ の構成要素にはキサントフィルサイクルだ
けではなく、PsbS 依存のエネルギークエンチン
グや光阻害、ステート遷移などが知られている。

図１. 葉が吸収した光エネルギーは光合成に利用される経路と熱やクロロフィル蛍光で消費される経路に利用される。チラコイド膜ルーメンの pH の低下によって活性化するキサントフィルサイクルは熱散逸を誘導する。

特に、PsbS の活性化もまたルーメン pH 低下がトリガーとなっていることから、PRI パラメータとの関係性を検証する必要がある。シロイヌナズナの VDE の機能欠損変異体である npq1 ではゼアキ
サンチンの蓄積量が低いが、PsbS の欠損変異体

シロイヌナズナの機能欠損変異体を用いて PRIである npq4 のゼアキサンチンへの色素変換能力

パラメータが何を検出しているのか生理学的なは野生型と同等であることが知られている（図検証を行った。これには２つのねらいがあった。

2. A-B）。これらの変異体の PRI を野生型と比較

１つは PRI を植物ストレスの指標として活用す

した 7)。PRI は光強度の増加に伴って低下するこること。もう１つは、ルーメン pH の測定に利用とが知られている。野生型と npq4 では光依存的することである。光合成生物は常に光エネルギーに値が低下したのに対し、npq1 ではその低下がを受け取るため、光合成反応の下流においてエネ

わずかであった（図 2. C）。

ルギーがうまく消費できない場合 （さまざまな

NPQ には複数の分子機構が関与しているが、環境ストレス、気孔調節の欠損、アクセプターのそれぞれのコンポーネントは光照射下の定常状

欠損など）、上流の ATP 合成が滞り、ルーメンに過剰なプロトンが蓄積する。プロトンの過剰蓄
積は光エネルギーを光合成以外に流す熱放散シ
ステムを駆動させる。キサントフィルは、暗黒下
ではビオラキサンチン（Vio） が卓越するが、強光などのストレス下ではアンテラキサンチンやゼアキサンチン （Zea） に変換され、PSII が吸収した過剰エネルギーの放散に関わっていると考えられている（図 1）。この化学変化には pH
依存性の高い色素変換酵素 （VDE） が関与しており、ルーメンにおける過剰プロトン蓄積がVDE を活性化させ、キサントフィル色素の構成比を変化させる。このことから、PRI のシグナル
変化は、光エネルギーをうまく消費できないスト
レス状態を表すこと、または、チラコイド膜ルー
メンに蓄積されたプロトン量を表すこと、が期待

図 2. （A） シロイヌナズナの野生型 （Col）、npq1、npq4。（B） 過去の研究報告から算出した npq1、npq4 におけるゼアキサンチンの蓄積量の野生型との比較 （Kohzuma and Hikosaka 2018 を改変）7)。●はダーク時、 は通常光、○は強光下。※は検出不可であった報告。（C） 光依存的な PRI の変化。
□は野生型（Col）、○は npq1、△は npq4。n = 3, mean
± SD。

される。PRI は反射分光であるため、カメラでの検出が可能である。筆者は、PRI を検出するためのイメージングシステムを構築し、植物ストレスとチラコイドルーメン pH の可視化を目指してい95

光合成研究28 (2) 2018

図 3. PRI と NPQ コンポーネントの相関（Kohzuma and Hikosaka 2018 を改変）7)。（A） はトータルの NPQ。
（B） は暗条件にして 2 分後のクロロフィル蛍光から算出した熱散逸コンポーネント（qE）。 （C） は暗条件にして 10 分後のクロロフィル蛍光から算出したキサントフィルサイクル依存の熱散逸コンポーネン
ト（qZ）。 （D） は PSII のダメージを反映する光阻害コンポーネント（qI）。□は野生型（Col）、○はnpq1、△は npq4。n = 3, mean ± SD。

態から暗条件にした後のリカバリーの時間変化

り、PRI を測定することで植物の余剰エネルギーから分離することができ、クロロフィル蛍光からストレス状態を検出できるのではないかと考え8)見積ることができる 。PsbS 依存的なエネルギー

た。実際、光合成の電子伝達が滞るようなストレ

クエンチング機構 （qE） は数秒～数分以内に、スを植物葉に与えてハイパースペクトルカメラ

キサントフィルのゼアキサンチンからビオラキで撮影し PRI を算出すると、ストレス強度に従っサンチンへの変換 （qZ） は 10～15 分程度で喑

て PRI inv （PRI の逆数） が上昇することが観察

条件の状態へ戻る。また、光阻害 （qI） の修復されている （図 4） （論文準備中）。PRI から

9)には 1～2 時間かかることが知られている 。筆

植物の低温や乾燥といった影響をリモートセン

者は野生型と 2 つの変異体の反射分光とクロロ

スできるという生態学的知見も報告されている

フィル蛍光を同時測定することで、クロロフィル

ことから 10, 11) 、PRI が植物の環境ストレスを検蛍光解析から見積もる NPQ のそれぞれのコン出するために有効であることが期待される。同時

ポーネントと PRI の関係性を明らかにした。PRIとトータルの NPQ、qE、qZ、qI の関係性をプロットした結果、トータルの NPQ、qE、qI と比較して、qZ と PRI と間に極めて高い相関が確認された（図 3）。npq1 における PRI の光依存性が低い
こと、PRI と qZ のみに高い相関があったことから、PRI はキサントフィル色素の構成比を特異的に検出しているパラメータであることが明らかになった。
3．環境ストレスモニタリングツールとしての拡張性

光合成反応過程において、CO2 代謝反応の容量を上回る光エネルギーを吸収した場合 （強光・低温・高温・乾燥など）、チラコイド膜ルーメン

図 4. （A） 野外における PRI 撮影の様子。（B）
ストレスに曝された植物葉では高い PRI inv が観察されている。カラーバーはストレスの強度を表す。
黒部分は測定可能領域外を表す。

に高いプロトン勾配が形成される。ルーメン pHの低下がキサントフィルサイクルを誘導し余剰エネルギーの熱への変換が起こる（図 1）。つま96

光合成研究28 (2) 2018に、カメラによる可視化が可能であることから農業分野などへの応用も見込まれる。
4. チラコイド膜ルーメンのプロトン環境センシ
ング

PRI はキサントフィル色素の化学変化を検出していることが明らかになったことから、VDEが感知するルーメンの pH 変化を間接的にモニ
図 5. 低 pH バッファーを取り込ませたリーフディ
スクでは PRI の変化が見られる。チラコイド膜ルー
メンの pH 低下による VDE の活性化に起因すると考えられる。

ターできるのではないかと考えた。VDE が活性化するような低 pH 環境を人為的に作り出すことでキサントフィル色素の変換を誘導させてもPRI は変化するはずである。そこで筆者は pH を調整したバッファー数種類をリーフディスクにしている光学センサーMODIS の測定可能領域で減圧処理し、細胞内の pH 環境を置換し PRI を測あることから 13)、農業地域など広大な土地や地定した。その結果、低 pH バッファー処理したリー球規模での植物ストレス状態をモニターできる

7)

フディスクにおいて PRI の低下が観察された 。

可能性を秘めている。このように、PRI は分子レ

このことから、PRI がルーメン pH 変化による

ベルから地球レベルの光合成研究に貢献できる

VDE の活性化に起因したキサントフィル色素の新しいツールになると期待する。

変換を見ていることが明らかになり、PRI がルー
メン pH の指標になる可能性が示唆された（図 5）。

謝辞

チラコイド膜ルーメンの実際の pH をモニターす本稿で紹介した研究は東北大学・生命科学研究る手法には pH センサーとして蛍光タンパク質を科の彦坂幸毅教授の研究室で行われた。測定にあルーメンで発現させるなどの方法が提案されてたって協力していただいたソニー イメージング

いるが

12)

、未だに確立されていない。PRI に関し

プロダクツ＆ソリューションズ ㈱の小川哲氏、てもルーメン pH 測定法として確立するためには変異体の種子を分与していただいた京都大学の更なる検証が必要である。実際、インタクトな葉

鹿内利治博士、京都産業大学の桶川友季博士、まへの pH バッファー処理では細胞内の pH を完全た、反射分光研究に注目するきっかけを与えてくに置換させるのは難しく、単離葉緑体やチラコイれた東北大学「生命の起源勉強会」のメンバーにド膜などを用いた検証は必須である。ルーメン

この場を借りて感謝申し上げたい。そして、執筆

pH と PRI の関係性の検量線を確立できれば、将にあたりアドバイスして下さった彦坂教授にお来的にインタクトな葉の PRI からルーメン pH の礼申し上げる。本研究は日本学術振興会、内藤記

絶対値を予測することが可能になるかもしれな

念科学振興財団の支援を受けて行われた。

い。そしてそれは可視情報として得ることも可能である。インタクト葉におけるルーメン pH が明らかになれば光合成の電子伝達制御、膜ポテン

Received June 26, 2018; Accepted July 13, 2018; Published

シャル制御など光合成調節の解明に繋がること

Aug 31, 2018が期待される。
参考文献

5．おわりに

1.

Ruban, A.V. (2017) Quantifying the efficiency ofphotoprotection. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol.

PRI は、1） 植物の環境ストレスを可視化する、

Sci. 372, 20160393

2） ルーメン pH の変化を見る、など拡張性の高2.

い有効なツールとして活用が期待できる。また、Kramer, D.M., Sacksteder, C.A., and Cruz, J.A.
(1999) How acidic is the lumen? Photosynth. Res. 60,

530nm 付近の反射光は NASA の人工衛星が搭載

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97

光合成研究3.

4.

28 (2) 2018

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Identificationofaslowlyefficiency

ofnorthern

forestinducible

An Attempt to Visualization of Thylakoid Lumen pH by Photochemical Reflectance Index(PRI)
Kaori Kohzuma *Graduate School of Life Science, Tohoku University98

光合成研究28 (2) 2018

解説特集

チラコイド膜超複合体の構造とダイナミクス

Editor: 高橋 裕一郎（岡山大学・異分野基礎研）
鹿内 利治（京都大学・理学研究科）

序文

解説

解説

高橋 裕一郎（岡山大学・異分野基礎研）
鹿内 利治（京都大学・理学研究科）

99

加藤 義宣（京都大）

100

NDH-PSI 超複合体の構造とその組み上げ機構

クライオ電子顕微鏡単粒子解析による光合成超分子複合体の構造解析
宮崎 直幸

99

他（大阪大

他）

112

光合成研究28 (2) 2018

解説特集
序文

‡

5

高橋 裕一郎（岡山大学・異分野基礎研）
鹿内 利治（京都大学・理学研究科）
光合成電子伝達を触媒する複合体の構造と機能は分子レベルで解明が進んでおり、光化学系Ⅱの水分解反応については、原子のレベルまで理解が及んでいる。しかしながら、これらの複合体は、一定の形でチラコイド膜内に整然と並んでいるのではなく、複合体間で超複合体を形成し、さらにその相互作用が光環境の変化に応じて変化することが明らかになっている。即ち、チラコイド膜におけるタ
ンパク質複合体の動態は、我々が考えていたよりもダイナミックに変化するようである。また、このような複合体のアセンブリについても、突然変異体を用いた解析や、質量分析技術の向上により、近年、新しい知見が得られている。
こうした状況のもと、2018 年 5 月 27 日に東北大学の青葉山新キャンパスにおいて開催された第９回日本光合成学会のシンポジウム 2「チラコイド膜超複合体の構造とダイナミクス」が開催された。本
シンポジウムでは、まず当該分野で活発に研究する 3 人の若手研究者に話題提供をお願いした。また
クライオ電顕については、近年、技術革新によって超複合体の構造解析の分解能が飛躍的に向上しており、その概要を学ぶ機会を設けた。
まず、日本製粉の横野牧生博士から「チラコイド膜のダイナミクスの違いは PSI-PSII 超複合体の構造に影響を与えうる」というタイトルで、PSII の過剰な励起エネルギーを PSI に受け渡して処理する
過程につい講演をお願いした。続いて、京都大学の加藤義宣博士は、シロイヌナズナにおける NDH-PSI
超複合体の構造についてアセンブリの観点から研究を紹介した。岡山大学の Sreedhar Nellaepalli 博士は、
クラミドモナスにおける、PSI のアセンブリに関して、Ycf3、Ycf4 という 2 つのアセンブリ因子を中心に研究成果を紹介した。最後に、大阪大学の宮崎直幸博士から、光合成に関わる超複合体の構造解
析での利用が相次いで報告されているクライオ電顕について、原理から実際の解析にいたるまで解説があり、活発な質疑応答が交わされた。本解説特集では、それらの中から、加藤博士と宮崎博士に解説記事をご寄稿いただいた。
光エネルギーは光合成必須であるが、過剰な光エネルギーの受容は、活性酸素の生成を介して光障害を引き起こす。植物は、この光の効果の二面性に対応するために、進化の過程で様々な戦略を獲得しており、その解明に光合成研究の一つの奥深さが潜んでいるであろう。精巧にできた光合成電子伝達装置が、静的な機械ではなく、ダイナミックに構造を変えたり、複合体間で相互作用をすることでこの困難な課題に対応していることが、本稿を読まれる読者の方々に実感していただければ幸甚である。
最後に、本特集の編集にあたっては、お忙しい中、執筆者、査読者の方々には大変お世話になり、この場を借りてお礼申し上げる。

‡

解説特集「チラコイド膜超複合体の構造とダイナミクス」

1

連絡先 E-mail: taka@cc.okayama-u.ac.jp; shikanai@pmg.bot.kyoto-u.ac.jp100

光合成研究28 (2) 2018

京都大学大学院

理学研究科

解説
NDH-PSI 超複合体の構造とその組み上げ機構‡

加藤 義宣*
光エネルギーを化学エネルギーに変換する光合成電子伝達反応では、複雑な構造を持つ電子伝達系複合体が中心的な役割を担っている。今世紀に入ってから、電子伝達系複合体がさらに別の複合体と結合して「超複合体」と呼ばれる構造をとるケースがいくつか報告された。超複合体形成は、効率的な電子伝達反応、複合体の安定化などに寄与している。本稿では、我々が解析を行っている NDH−PSI
超複合体に関して、2 種類の複合体を連結させるリンカータンパク質の位置の特定等から明らかになってきた超複合体の構造モデル、そしてチラコイド膜において NDH と PSI が連結する過程を含めたアセ
ンブリモデルを紹介する。
1. はじめにく、時には異なる複合体とさらに結合して「超複§光合成電子伝達反応は、光合成色素が吸収し合体」構造を取ることが徐々に明らかにされた。

た光エネルギーを用いてカルビン・ベンソン回路

以下にいくつかの例を挙げる。

に必要な ATP・NADPH を生み出す。この一連の反応では、光化学系 I・II（PSI・PSII）に代表さ・PSI-PSII 超複合体

れるいくつものサブユニットが複雑に組み上シアノバクテリアやシロイヌナズナにおいて、

がった電子伝達系複合体が中心的な役割を担っ

2 つの光化学系が直接連結した PSI-PSII 超複合体ている。長い歴史をもつ光合成研究のなかで、そが報告された 8,9)。シアノバクテリアでは集光ア

れら複合体の機能は事細かに明らかにされておンテナであるフィコビリソームも含まれている。

り、結晶構造の情報も蓄積している

1–5)

。この偉

これら超複合体では、吸収した光エネルギーの大な成果は、生化学的な手法によって電子伝達系

PSI、PSII 間での適切な分配や、過剰に励起され複合体を分離し、それに含まれるサブユニットをた PSII から PSI へエネルギーを移動することで同定するという地道な解析の積み重ねから始（スピルオーバー）、強光条件下で光化学系の励まったものである

6,7)。光合成電子伝達系は地球起バランスを調整する役割を果たすと考えられている 10)。

上の生命現象を理解する上でも重要な項目の一つであり、電子伝達系の模式図は多くの基礎的な生物学の教科書にも載せられている。そこでは、+・PSI-Cytb6f-PGRL1 超複合体

各複合体は水から NADP への電子伝達を触媒す

PSI サイクリック電子伝達系に関わる PGRL1る一連の単位として独立して描かれてきた。しか及び PSI とシトクロム（Cyt）b6f 複合体が連結しし 2000 年代に入ると、それらは必ずしもチラコた超複合体構造が緑藻クラミドモナスにおいてイド膜において単独で存在しているわけではな

報告された 11)。電子伝達系が還元状態になるとこの超複合体が形成され、同時に PSI サイクリッ‡

ク電子伝達を効率的に回すようになることが、無解説特集「チラコイド膜超複合体の構造とダイナミクス」*連絡先 E-mail: ykato@pmg.bot.kyoto-u.ac.jp101

光合成研究28 (2) 2018

酸素条件や変異体を用いた解析から示されている

12)

ンカータンパク質について簡単に説明する。被子植物の NDH 複合体では、これまでに 29 のサブ。

ユニットが報告されている。それらサブユニット
・葉緑体 NDH-PSI 超複合体

群は、遺伝学的・生化学的解析に基づき 5 つのサ被子植物では、アンチマイシン非感受性 PSIブ複合体にグループ分けされている 21)（SubA、

サイクリック電子伝達系に関わる葉緑体 NDH 複

SubB、SubE、SubL、SubM：図 1）。葉緑体 NDH

合体

13)

と PSI-LHCI が結合した NDH-PSI 超複合体が存在する14)

複合体は、呼吸鎖 NDH 複合体（Complex I）と起

。PSI-LHCI との結合によって、源を共にする複合体であり、キノン還元部位やプ強光条件での葉緑体 NDH 複合体の安定性を高め

ロトンポンプなどの複合体のコアを成すサブユ

る意義がある

15)

ニットは保存されている 22)（SubA 及び SubM）。

。

しかし、呼吸鎖 NDH 複合体における電子供与体
NADH を酸化する部位に相当するサブユニット

・呼吸鎖超複合体（Respirasome 等）
ミトコンドリア電子伝達系でも超複合体形成群（N モジュール）を有しておらず、代わりにフェがみられる。特に、Complex I ・Complex III・

レドキシン結合部位を形成する NdhS（CRR31）

Complex IV が連結した Respirasome と呼ばれる非を含む部位を獲得している 23)（SubE）。アミノ

常に巨大な超複合体構造が存在している 16)。こ酸配列は類似していないものの、NdhS の in silicoの超複合体の中で NADH から水までの一連の電における立体構造予測では、PSI のフェレドキシ

子伝達反応（NADH → Complex I → ユビキノ

ン結合サブユニットである PsaE とよく似た構造

ン → Complex III → Cyt c → Complex IV →をとることが予測されている 23,24)。この NdhS サ水）を完結させることができると考えられている。

ブユニットが同定されたことで、葉緑体 NDH 複

そのため電子伝達体（ユビキノンや Cyt c）を各合体は NAD(P)H ではなくフェレドキシンから電複合体間で高速でやり取りし、電子伝達反応の効子を受け取りプラストキノンへと受け渡すこと率化に寄与している（substrate channeling）と考で、PSI サイクリック電子伝達を触媒しているこ

えられている一方

17)も報告されており

18,19)とが明らかとなった。SubB、SubL は呼吸鎖 NDH、この説に否定的なデータ

複合体には存在せず、葉緑体 NDH 複合体に特徴、呼吸鎖超複合体形成の生的なサブユニット群を含む 21)。

理的な意義の詳細は議論が続いている。いずれにせよ、呼吸鎖超複合体を形成できない変異体ではミトコンドリアの機能が低下することから、超複合体形成はミトコンドリアにおいても重要な役割を果たしていることは間違いない 20)。
以上のように、超複合体形成は光合成・呼吸のどちらの電子伝達系でもみられる普遍的な現象である。本稿では、これまで我々が解析を行ってきた葉緑体 NDH-PSI 超複合体において、独立な複合体を結合させるための構造、そしてそれがどのようにチラコイド膜において組み上げられる

図 1. 被子植物の葉緑体 NDH 複合体は、5 つのサブ複合体（SubA、SubB、SubE、SubL、SubM）から構成される。リンカータンパク質 Lhca5、Lhca6 を介して 2 コピーの PSI-LHCI が結合し、NDH-PSI 超複合体を形成する。赤矢印で示した目線は、図 2 で示した
NDH-PSI 超複合体の pseudo atomic モデルのトレース
図における視点を示している。

のかについて解説する。
2. 葉緑体 NDH 複合体の構造について本題に入る前に、葉緑体 NDH 複合体、及びNDH-PSI 超複合体を構成するサブユニットやリ

102

光合成研究28 (2) 2018

被子植物の NDH 複合体は、リンカータンパク

ある。シロイヌナズナでは、ほぼ全ての NDH 複

質 Lhca5、Lhca6 を介してそれぞれ１コピーの合体が PSI-LHCI と超複合体を形成している。まPSI-LHCI と結合し、NDH-PSI 超複合体を形成すたチラコイド膜における NDH 複合体そのもののる

25)

存在量は、PSI-LHCI の 1〜5%程度である。

。「Lhca」という名前が示すとおり、リンカータンパク質は PSI アンテナタンパク質であ

NDH 複合体もしくは NDH-PSI 超複合体の結晶

る LHCI ファミリーに属している。特に Lhca6 の構造は解かれていないものの、オオムギにおいて分子進化については詳細なメカニズムが明らか

電子顕微鏡を使用した単粒子解析像が 2014 年に。Lhca6 は Lhca2 に由来し、ストロマ

報告された 27)。この像では、NDH 複合体を 2 コ

側に突出したループ領域（ストロマループ、CA

ピーの PSI-LHCI が挟み込む形で超複合体を形成ループ）に起きた変異がリンカーとしての機能獲していることが明らかになった。また既に明らか得に重要であると示されている。実際に Lhca2にされている PSI-LHCI、バクテリア呼吸鎖 NDHのストロマループ領域のみを Lhca6 の配列に置

複合体の構造に基づいて、ある程度のサブユニッ

換した改変型 Lhca2 は、リンカーとしての機能を

トが単粒子解析像に当てはめられた。NDH 複合

果たすようになる。NDH 複合体は PSI-LHCI と超体は LHCI 複合体を介して PSI と結合しており、複合体構造を形成することによって、自身の安定

これはリンカータンパク質（Lhca5、Lhca6）が

にされた

26)

15)

。特に Lhca6 を介した PSI-LHCI とLHCI ファミリーに属している事実とよく一致しの結合が NDH 複合体の安定性に寄与している。

ている。一方で、電子顕微鏡解析では、Lhca5、

Lhca6 を欠損した変異体では、葉齢が古い葉におLhca6 がそれぞれどちらの PSI-LHCI を NDH 複合

性を高める

いて NDH 複合体蓄積量の低下が見られる

25)。

体に結合させているのか、また Lhca5、Lhca6 がLhca5、Lhca6 の両方を欠損した二重変異体では

LHCI 複合体のどこに存在しているのかまでは明NDH 複合体は単独で存在するが、この状態ではらかにされていなかった。また単粒子解析像には、さらに蓄積量が減少し、強光照射でも不安定化が由来が特定できない不明な電子密度が存在して

15)。PSI-LHCI との超複合体形成は、いた。我々はリンカータンパク質を欠損した変異

充分な量の NDH 複合体を維持するために必須で体における生化学的解析を実行し、得られた結果

起きてしまうと単粒子解析像を突き合わせ、リンカータンパク
質の位置を特定することで、NDH-PSI 超複合体構造のより詳細なモデルを提唱した 28)。本稿の前半ではその解析について述べる。後半では、
NDH と PSI、異なる２つの複合体同士の結合がチラコイド膜においてどのように形成されるのか、そのアセンブリ過程の解析 29)について報告する。
3. NDH-PSI 超複合体構造の生化学的解析
2017 年に再び NDH-PSI 超複合体構造の電子顕微鏡による単粒子解析の結果が報告された 30)。
この論文では、NDH 複合体の両側に PSI-LHCI

図 2. 文献 28 からトレースした。ストロマ側から
NDH-PSI 超複合体を捉えた格好（図 1、赤矢印）となっている。それぞれの複合体を色分けして示した。
LHCI 複合体では、「Lhca」を省略しており番号のみを表記した。括弧内の数字は通常の PSI-LHCI において組み込まれる LHCI サブユニットを示している。
我々の解析によって場所が特定された構成要素を赤字で示した。文献 26 より改変。

が 1 コピーずつ結合した構造の他に、NDH 複合体の片側のみに複数の PSI-LHCI がさらに結合した構造が捉えられた。その結果、図 2 における
NDH 複合体（ストロマ側から見下ろし、SubA を上においた状態）の左側には最大 5 コピーの103

光合成研究28 (2) 2018

PSI-LHCI が結合し得ることが示された。我々は、リルアミド）の濃度である。普段の電気泳動

この特性を利用して左右の PSI-LHCI が Lhca5、（SDS-PAGE、Tris-Tricine SDS-PAGE、BN-PAGE

Lhca6 のどちらの結合によるものか決定できる等）では、トータルのアクリルアミド濃度（アクのではないかと考えた。

リルアミドモノマー + N,N’-メチレンビスアク
リルアミド）に対して 3〜5％前後の N,N’-メチレ

3.1. Lhca5、Lhca6 によって結合する PSI-LHCI

ンビスアクリルアミドが混合されたゲルが用いの特定られることが多いが、lpBN-PAGE の濃縮ゲルでまず初めに、NDH 複合体に複数の PSI-LHCI

は N,N’-メチレンビスアクリルアミドの濃度がが結合した巨大な超複合体構造を生化学的に分20%まで引き上げられている。このことによって、離する条件の検討を行った。Blue Native-PAGE

濃縮ゲルの網目構造が非常に大きく広がり 32)、

（BN-PAGE）は、光合成電子伝達系複合体の分

従来の BN-PAGE では濃縮ゲルでトラップされて離において汎用される手法の一つである。従来のしまっていた超複合体構造を、分離ゲルまで泳動

BN ゲルを用いて電気泳動を行うと、NDH 複合体

することが可能になっている。実際にに 2 コピーの PSI-LHCI が結合した構造がゲルの

lpBN-PAGE の濃縮ゲルは、わらび餅程度のゲル

最上部に分離されるが、それ以上の分子サイズを強度しかなく、トロトロしたゲルからコームを抜持つ複合体の分離をするには限界があった。そこく際は特に慎重に操作する必要がある。

で 、 Järvi ら に よ っ て 報 告 さ れ た large pore

lpBN-PAGE はアクリルアミドゲルの濃度・組成

BN-PAGE （ lpBN-PAGE ）31)を導入した。

のみが変更されており、可溶化、泳動などは従来

lpBN-PAGE では巨大複合体の分離を改善するたの BN-PAGE の条件をそのまま適用できる。

めに、分離に用いるアクリルアミドゲルの組成とこの lpBN ゲルを用いて野生株のチラコイド膜

濃度が工夫されている。lpBN-PAGE では、濃縮サンプルを用いて電気泳動を行うと、高分子領域

ゲルが 3%、分離ゲルが 3.5 - 12%の濃度勾配ゲルの分離が格段に改善される。さらに、これまで分を使用し、高分子領域のアクリルアミド濃度が低離されていた NDH 複合体の両側にそれぞれ 1 コ

く抑えられている。さらにとりわけ重要な変更点

ピーずつ結合した超複合体のバンド（図 3d）よが、濃縮ゲルの架橋剤 （N,N’-メチレンビスアク

りもさらに上部に複数のバンドが分離された（図図 3. 野生株、lhca5 変異体、lhca6
変異体、lhca5 lhca6 二重変異体、
pnsb2 変異体のチラコイド膜タン
パク質を用いて、lpBN-PAGE により光合成電子伝達系複合体を分離した。左の写真は CBB 染色後のlpBN ゲルの全体像を示している。
左側に電子伝達系複合体を表記した。右の写真ではゲル上部（高分子領域）を拡大し、コントラスト
を上げている。黒い矢尻は野生株、
白い矢尻は lhca5 変異体で分離された NDH 複合体由来のバンドをそれぞれ示しており、a – d の記号を各バンドに割り当てた。それら
バンドに由来する超複合体のモデ
ル図を泳動写真の下に示した。文
献 26 より改変。

104

光合成研究28 (2) 20183a、c）。この分離されたバンドのなかに NDH 複

PSI-LHCI の結合は Lhca5 によって行われている

合体由来のものがあるか確認するために、NDHと推察される。lhca5 変異体では二番目のバンド

複合体のサブユニットを欠損する pnsb2 変異体（ 図 3c） は 消 失 し た も の の 、 NDH 複 合 体 にから得たチラコイド膜サンプルと野生株サンプ

PSI-LHCI が計 2 コピー結合した超複合体が分離

ルの泳動パターンを比較すると、pnsb2 においてされる領域に薄いバンドが認められた（図 3d）。

消失するバンドが確認された（図 3）。このこと

この薄いバンドは野生株の図 3c の超複合体から、から、lpBN-PAGE によって分離される超複合体

PSI-LHCI が 1 コピー脱落し、下にシフトしたものなかには、NDH 複合体を含むものが存在するのと考えられる。なお、Lhca6 側の結合においてことが示唆された。

PSI-LHCI が複数コピー結合する意義については新たに分離された NDH 複合体を含む超複合体

不明であり、可溶化の際に凝集している可能性も構造を、リンカーを欠失した変異体 lhca5 もしく否定できない。

は lhca6 から得たチラコイド膜サンプルにおいて分離した（図 3）。lhca6 変異体では、従来のバ

3.2. LHCI 複合体における Lhca5、Lhca6 の位置ンドを含む NDH 複合体由来のバンドが全て消失の特定した。これに対して、lhca5 変異体では最上部のLhca5、Lhca6 が図 2 のどちらの PSI-LHCI を結NDH 複合体由来のバンドが低分子側にシフトす合させているのか明らかになったが、Lhca5、る現象が見られた（図 3b）。このことから、最Lhca6 が NDH-PSI 超複合体の中でどの位置にい上部のバンドは NDH 複合体の左側に PSI-LHCI

るのかは定まっていなかった。そこで、二次元が 5 コピー結合した構造を取っており、lhca5 変

lpBN/SDS-PAGE 及びウェスタンブロッティング

異体ではその反対側の PSI-LHCI が 1 コピーのみ

によって NDH-PSI 超複合体に含まれる LHCI 複

外れるためバンドシフトが、lhca6 変異体では左合体の構成成分を野生株、変異体において調べた側の PSI-LHCI が全て外れるためにバンドの消失（図 4）。野生株では、図 3 で分離された 3 つのが起きたものと考えられる。すなわち左側の

NDH-PSI 超複合体のバンドと一致して、二次元

PSI-LHCI の 結 合 は Lhca6 に よ っ て 、 右 側 の展開では NdhL（NDH サブユニット）がスポット

図 4.（a）野生株、（b）lhca5 変異体、（c）lhca6 変異体のチラコイド膜タンパク質を用いて、二次元
lpBN/SDS-PAGE 及びウェスタンブロッティングを行った。検出したタンパク質を各レーンの右側に表記した。NDH-PSI 超複合体に由来するスポットを黒矢尻、赤矢尻で示した。それぞれの株において赤矢尻で示した NDH-PSI 超複合体の模式図を下に描いた。緑色の丸は LHCI サブユニットを示しており、「Lhca」表
記を省略し番号のみ示している。当該超複合体から検出されなかった LHCI サブユニットを破線白抜きの丸で示した。文献 26 より改変。

105

光合成研究28 (2) 2018

として検出された（図 4a、黒矢尻と赤矢尻）。lhca6

超複合体アセンブリに関する解析を紹介したい。

変 異 体 で は 、 NDH 複 合 体 と Lhca5 を 介 し た

超複合体アセンブリを解析する上で手がかりとPSI-LHCI の結合のみが起こる（図 4b、赤矢尻）。

な っ た の は 、 CHLORORESPIRATORY

この超複合体からは NdhL、PsaA、Lhca1、Lhca2、REDUCTION 3（CRR3)というタンパク質であっ

Lhca5 のシグナルがスポットとして検出された。

た。CRR3 は NDH 活性を欠損した変異体スクリー

その一方で Lhca4 のシグナルはこの位置から検ニングにより同定された NDH 複合体関連の因子

出されなかった。この結果は、Lhca5 は Lhca4 とであるが 33)、タンパク質としての機能は明らか入れ替わって LHCI 複合体の中に取り込まれていにされていなかった。我々は当初、CRR3 の機能ることを示唆する。

を明らかにする目的で研究を開始し、CRR3 は続いて、Lhca6 は LHCI 複合体においてどの位

NDH 複合体の SubB アセンブリ因子であること

置に存在しているのだろうか。これに迫るためにを見出した。さらに CRR3 の解析を通じて、Lhca6

lhca5 変異体における lpBN/SDS-PAGE・ウェスタを介した超複合体形成が、SubB を組み上げる段

ンブロッティングによる解析を行った。lhca5 変階において既に開始されていることがみえてき異体では、NDH 複合体と Lhca6 のみを介したた。

PSI-LHCI の相互作用が起きている。上述のように、lpBN-PAGE では Lhca6 側において PSI-LHCI

4.1 CRR3 を含むタンパク質複合体の分離が複数コピー凝集した構造が検出されるが（図当初、CRR3 が NDH 複合体のサブユニットで

4c、黒矢尻）、ここでは NDH 複合体と 1 コピーある可能性を想定していたので、ショ糖密度勾配の PSI-LHCI が結合した構造のスポットについて

超遠心法（SDG）によってシロイヌナズナ野生株

のみ触れる（図 4c、赤矢尻）。この位置からは、のチラコイド膜タンパク質複合体を分離し検証

NdhL、PsaA、Lhca1、Lhca3、Lhca4 のシグナルした。超遠心後のショ糖溶液を分画して、それらがスポットとして検出された。一方で、Lhca2 のを SDS-PAGE、ウェスタンブロッティングに供し、シグナルはフリーの PSI-LHCI などでは検出されCRR3 を検出した（図 5a）。NDH-PSI 超複合体

るのに対し、NDH 複合体と Lhca6 を介して 1 つはショ糖濃度の高い領域に分離される。CRR3 はの PSI-LHCI が結合した超複合体からは検出され

NDH-PSI 超複合体の画分からは検出されなかっなかった。この結果より、Lhca6 は Lhca2 と入れた。このことから、CRR3 は NDH 複合体を構成

替わって LHCI 複合体に取り込まれていると示唆するサブユニットではないことが示唆された。まされた。このことは、Lhca6 が Lhca2 から派生した、CRR3 はショ糖密度勾配超遠心において 3 つてリンカーとしての機能を獲得した分子進化的の ピ ー ク と し て 検 出 さ れ て お り 、 CRR3 はな経緯と非常によく合致している。

NDH-PSI 超複合体よりも分子サイズの小さな何以上で得られた知見を単粒子解析像から構築さ れ た pseudo atomic モ デ ル

30)

らかのタンパク質複合体を形成していた。二次元に当てはめ、

BN/SDS-PAGE では CRR3 は複合体から解離してNDH-PSI 超複合体の構造モデルを提唱した（図しまい、ほとんどが遊離タンパク質として検出さ2）。

れた。電気泳動の際に負電荷を付加させるクマ
シーブリリアントブルーG-250、もしくは電気泳

4. NDH-PSI 超複合体のアセンブリ過程の解析

動そのものの影響を受けて、タンパク質によっては複合体から外れてしまうケースがあり 34) 、続いて、NDH と PSI、2 つの独立した複合体同士がどのような過程で組み上げられているのか、

106

CRR3 はそれに該当すると考えられる。

光合成研究28 (2) 2018

図 5. （a）野生株、（b）pnsb2 変異体、（c）lhca6 変異体、（d）pnsl3 変異体のチラコイド膜タンパク質複合体をショ糖密度勾配超遠心法によって分離し、回収した画分を SDS-PAGE 及びウェスタンブロッティ
ングによって解析した。検出したタンパク質を各レーンの右側に表記した。野生株サンプルの超遠心チューブの写真を上部に示した。黒矢印は NDH-PSI 超複合体、単独の PSI-LHCI をそれぞれ示す。アスタリスク
は非特異的シグナルを表している。文献 27 より改変。

この CRR3 複合体を構成する因子を絞り込む

ニットが含まれていることが示唆された（図 6 ii）。

ために、様々な NDH サブユニット欠損変異体背上述のように、ピーク III 複合体は NDH-PSI 超複景において CRR3 複合体を分離、検出を行ったと合体よりも分子サイズが小さい。以上からピーク

こ ろ 、 SubB サ ブ ユ ニ ッ ト を 欠 損 し た 変 異 体

III 複合体は SubB が組み上がる途中のアセンブ（pnsb2）において、ピーク III の消失がみられた

リ中間体であり、CRR3 は SubB アセンブリ因子（図 5b）。CRR3 は、ピーク III において SubBであると結論した。

サブユニットと何らかの複合体を形成していると考えられた。そこで、全ての SubB サブユニッ

4.2 ピーク III 複合体はリンカーLhca6 を含む

ト欠損変異体背景において CRR3 複合体を検出

ここでピーク III 複合体の分子サイズに注目ししたところ、幾つかの変異体では pnsb2 変異体とたい。ピーク III 複合体は NDH-PSI 超複合体より同様にピーク III 複合体の消失が確認された。そは小さいものの、単独の PSI-LHCI よりも重い画の一方で、PnsL3 サブユニットを欠損した変異体

分に分離され、NDH アセンブリ中間体としては

背景ではピーク III 複合体の消失は起こらず、かなりの分子サイズを有している。この点より、

ピーク III 複合体が多く蓄積するという逆の現象

ピーク III 複合体に PSI-LHCI が含まれている可が起きていた（図 5d）。野生株では、CRR3 は主能性を考えた。この仮説を確かめるため、NDHにピーク I 、II に分布している。この pnsl3 変異と PSI をつなぐリンカータンパク質の欠損変異体において、ショ糖密度勾配における SubB サブ

体背景において CRR3 複合体を分離・検出したとユニットの分布を調べたところ、ピーク III の位

ころ、Lhca6 欠損変異体においてピーク III 複合

置から PnsB2 – PnsB4 サブユニットのピークが検体の消失が起きていた。よって、ピーク III 複合出された（図 5d）。これらの結果より、ピーク

体（SubB アセンブリ中間体）には既にリンカー

III 複合体には CRR3 と共に一部の SubB サブユ

タンパク質 Lhca6 が結合していることが示唆さ107

光合成研究28 (2) 2018

図 6. SubB アセンブリモデル
CRR3 が PnsB2 – PnsB5、Lhca6 とともにピーク III 複合体を形成する(i、ii)。ピーク III 複合体の分子サイズを考慮すると、Lhca6 と PSI-LHCI は結合していると予想される（ii）。CRR3 は PnsL3 が組み込まれるとア
センブリ中間体から解離する（iii）。CRR3 はホモオリゴマーとして働いており、ピーク I 複合体は CRR3
ホモオリゴマー、ピーク II 複合体は CRR3 ホモオリゴマーと未知の因子（X）が結合したものと考えている（iv）。最後に PnsB1 の組み込みが行われ、SubB のアセンブリが完了する（v）。文献 27 より改変。

れた。NDH と PSI の結合、すなわち超複合体形

pnsl3 変異体の SDG フラクションでは PnsB2 –成プロセスは NDH 複合体の完成を待たずして、

PnsB4 が同一のピークを示していることから、SubB を組み上げる途中から既に開始されている。

PnsL3 がない状態でもこれらのサブユニットの残念ながらピーク III 複合体に PSI が結合してい組み上げは可能である。また、CRR3 は PnsL3 がるという直接的な実験的根拠は得られなかった

組み込まれた後、アセンブリ中間体から離れる因

ものの、ピーク III 複合体の分子サイズは上述の子であると考えている（図 6 iii）。PnsL3 がない

ように PSI-LHCI よりも大きく、フルサイズの状態では、CRR3 がアセンブリ中間体から離れる

PSI-LHCI がピーク III 複合体に含まれているとステップが起こらないために、CRR3 がピーク III

我々は考えている。

複合体として異常蓄積すると考えられる。ここではデータを示さないが、SubB アセンブリの過程

4.3 SubB アセンブリモデル

で PnsB1 サブユニットが最後に組み込まれ、SubB

以上の解析を通じて得られた結果をもとに、が完成することを我々は見出している（図 6 v）。

SubB アセンブリモデルを提唱した（図 6 i、ii）。

CRR3 はピーク I、II 複合体も形成していた。

CRR3 は PnsB2 – PnsB4 サブユニットとピーク III

これらの構成因子の特定には至っていないが、複合体（アセンブリ中間体）を形成する。非特異

我々はピーク III 複合体において CRR3 がホモオ的なシグナルとの識別が困難であったため、SDG

リゴマーを形成している可能性を見出しており

フラクションにおける PnsB5 サブユニットの分（図 6 ii）、ピーク I 複合体は CRR3 のホモオリ布を解析することができなかったが、PnsB5 もゴマーではないかと考えている（図 6 iv）。また、

CRR3 とともにアセンブリ中間体を形成していピーク II 複合体には CRR3 のホモオリゴマーのると考えている。このアセンブリ中間体にはリン

他、未知のアセンブリ因子が含まれている可能性

カータンパク質 Lhca6 も既に組み込まれており、がある（図 6 iv）。

少なくとも NDH 複合体が完成する前から Lhca6

NDH 複合体のアセンブリにおいて、SubB が先を介した PSI-LHCI との超複合体形成プロセスが行して Lhca6 と結合するというアセンブリモデ

開始されている。

ルは同時に、Lhca6 の結合部位が SubB であると

108

光合成研究28 (2) 2018

いうことを示唆する。この点から、図 2 の関連の変異体、抗体を数多く分与していただきま

NDH-PSI 超複合体の単粒子解析像において不明した。この場をお借りして感謝申し上げます。本

領域となっていた場所に SubB を当てはめること

研究は、日本学術振興会、特別研究員奨励費ができた。SubB に隣接する PSI-LHCI のサブユ

（17J09745）によって行われました。

ニ ッ ト 構 造 に 着 目 す る と 、 Lhca2 の 代 わ り に
Lhca6 が組み込まれている（図 2）。Lhca2 と Lhca3

Received July 13, 2018; Accepted Aug 3, 2018; Publishedはヘテロダイマーを形成することでお互いを安Aug 31, 2018.

定化する

35)

。Lhca6 + Lhca3 という PSI 側にとってはイレギュラーである構造を、SubB を含めて先行して組み上げ安定化させることで、効率よく

参考文献

NDH-PSI 超複合体形成を行う意義があると我々

1.

Kurisu, G., Zhang, H., Smith, J. L. & Cramer, W. A.

は考えている。加えてコケ植物では Lhca6 は獲得(2003) Structure of the cytochrome b6f complex of36)

oxygenic photosynthesis: Tuning the cavity. Science

されていないことから、Lhca6 周辺の構造は比302, 1009–1014.

較的新しいと言える。この新規構造から先に組み2.

上げるという知見は、NDH 複合体の組み上げ過Stroebel, D., Choquet, Y., Popot, J. & Picot, D.
(2003) An atypical haem in the cytochrome b6f

程も Lhca6 の獲得にあたり柔軟に変更されていcomplex. Nature 426, 413–418.

ることを示唆している。

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Crystalstructureofoxygen-evolving

photosystem II at a resolution of 1.9Å. Nature 473,

5. おわりに

55–60.

本稿では、NDH-PSI 超複合体の構造、そし4.

てそのアセンブリ過程に関するモデルを紹介しQin, X., Suga, M., Kuang, T. & Shen, J.-R. (2015)
Structural basis for energy transfer pathways in the

た。NDH-PSI 超複合体では、環境や条件による

plant PSI-LHCI supercomplex. Science 348, 989–

複合体の解離、結合などは報告されていないが、他の超複合体では生体内、外の条件によってダイ

995.
5.

Mazor, Y., Borovikova, A., Caspy, I. & Nelson, N.

ナミックに複合体間の相互作用を変化させる例(2017) Structure of the plant photosystem Iもある。そういった現象の仕組みを理解する上で、supercomplex at 2.6 Å resolution. Nat. Plants 3,17014.

超複合体構造や複合体同士の連結過程に関する

6.

知見は必須である。また、NDH 複合体は他の電Satoh, K. (1985) Protein-pigments and photosystem
II reaction center. Photochem. Photobiol. 42, 845–

子伝達系複合体と比較して、チラコイド膜におけ853.

る存在量が少ない。超複合体形成や NDH 複合体

7.

Ikeuchi, M., Hirano, A., Hiyama, T. & Inoue, Y.

そのもののアセンブリ過程の理解が進むことで、(1990) Polypeptide composition of higher plant

将来的に NDH 複合体やその他の光合成複合体のphotosystem-I complex - Identification of psaI, psaJ
and psaK gene products. Febs Lett. 263, 274–278.

蓄積量の人為的な改変が可能になることを期待8.

する。

Liu, H. et al. (2013) Phycobilisomes supply
excitations to both photosystems in a megacomplex
in cyanobacteria. Science 342, 1104–1108.

9.

謝辞

Yokono, M., Takabayashi, A., Akimoto, S. & Tanaka,
A. (2015) A megacomplex composed of both

Lhca5、Lhca6 の結合部位の特定に関わる解析

photosystem reaction centres in higher plants. Nat.
Commun. 6, 1–6.

は、大谷卓人博士と共同で解析を行いました。鹿
10.

内利治教授には研究面、そして本稿作成において

Yokono, M. et al. (2018) 緑色植物の PSI-PSII 超複合体. 光合成研究 28, 15–19.

多くのご助言を頂きました。伊福健太郎博士（京都大学）、遠藤剛博士（京都大学）には、NDH

109

光合成研究11.

12.

28 (2) 2018

Iwai, M. et al. (2010) Isolation of the elusive

23.

supercomplex that drives cyclic electron flow in(2011) An src homology 3 domain-like fold protein

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13.

24.

mutagenesis of src homology 3 domain-like fold of

Munekage, Y. et al. (2004) Cyclic electron flow

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The structure of the NDH-PSI supercomplex and its assembly process
Yoshinobu Kato
Graduate School of Science, Kyoto University

111

Marchantia

光合成研究28 (2) 2018

解説
クライオ電子顕微鏡単粒子解析による光合成超分子複合体の構造解析‡

1,

宮崎 直幸 *、長尾

1

大阪大学

蛋白質研究所

2

岡山大学

異分野基礎科学研究所

3

JST さきがけ22

遼 、加藤 公児 、沈2

建仁 、秋田 総理

2,3

クライオ電子顕微鏡（電顕）単粒子解析は近年急速に発展し、X 線結晶構造解析や NMR と並んで原子モデルを構築できる構造解析手法となった。そして、結晶化が困難な膜タンパク質や超分子複合体の構造解析へ適用されている。我々も、このクライオ電顕単粒子解析を用いて、光合成関連の超分子複合体の構造解析に取り組んでいる。本稿では、我々が構造解析を進めている光化学系 II（PSII）を例にとり、クライオ電顕単粒子解析法による近原子分解能構造解析を紹介する。
1. はじめにの進歩は目覚ましく、2013 年に膜タンパク質§生命活動はゲノムにコードされたタンパク質（TRPV1 チャネル）の構造が近原子分解能（3.4 Å）

が主に担っており、生命機能を理解するには、そで決定されて以降 1）、分子量が 100 kDa 以下の比

れらタンパク質の機能を解明することが必須で較的小さなタンパク質も含めて 2,3）さまざまなタある。特に、タンパク質の原子構造情報は、タン

ンパク質の原子構造が決定されてきた。特に、少パク質の機能を詳細に理解するうえで、非常に重量の試料で構造を決定できることもあり、試料調要である。従来、タンパク質の原子構造を決定す製が難しい膜タンパク質や超分子複合体の構造

るには、X 線結晶構造解析法あるいは NMR 法が解析に威力を発揮している。さらに、分解能もグ用いられてきた。NMR 法では分子量が 3 万 Da

ルタミン酸脱水素酵素（GDH）の解析では、1.8 Åを超えるタンパク質の構造解析が困難なため、Xまで到達している 2）。分解能が 2.5 Å を超えたこ

線結晶構造解析法が構造生物学の中心的な役割とで、タンパク質に水和した水分子や側鎖のコンを果たしてきた。X 線結晶構造解析は、X 線回折

フォメーション状態までも詳細に解析できるよ実験をおこなう放射光施設が現在では非常に整うになり、今後、タンパク質が担うさまざまな化

備され、良質な結晶さえ得られれば、迅速に構造学反応がクライオ電顕で解析できると期待されを決定することができるようになっている。しかている。この近年の劇的な分解能向上は、電子直し、良質な結晶を得るには、多数の結晶化条件を接検出カメラの実用化というハードウェアでの探索しなければならず、数 mg の高純度（一般的技術革新と、ベイズ統計を導入した RELION4）やには純度 95%以上）のタンパク質試料が必要とな

FREALIGN5）等の解析ソフトウェアの発展によりる。そのため、試料調製と結晶化に多大な時間ともたらされた。

労力を要する。ところが、クライオ電子顕微鏡（電光合成反応を担っているタンパク質群に関し顕）単粒子解析が急速に発展し、状況が大きく変ても、構造生物学的な手法による研究が盛んにおわってきた。このクライオ電顕単粒子解析の近年

こなわれているが、結晶化が困難な不安定複合体に関してはこれまで研究が進んでこなかった。し‡かし、上記のようにクライオ電顕単粒子解析の手

解説特集「チラコイド膜超複合体の構造とダイナミクス」

法が進展したこともあり、光合成に関わる巨大な*連絡先 E-mail: naomiyazaki@protein.osaka-u.ac.jp112

光合成研究28 (2) 2018

図 1. クライオ電顕試料作製法（a）クライオ電顕で用いる電顕グリッド。直径約 3 mm の金属製のグリッドの上に、直径約 1 µm程度の孔が規則的に空いたカーボン膜が張り付けてある。
（b）試料の凍結方法。①ピンセットにクライオ電顕グリッドをセットする。②約 3 µl 程度の試料溶液をグリッドに載せる。
③ろ紙で余分な溶液を吸い取
り、カーボン膜に開いた孔に薄い水の膜が張った状態を作る。
④液体窒素で冷却した液体エタ
ンに電顕グリッドをすばやく浸漬し、急速凍結する。
（c）電顕グリッドでアモルファ
ス状の氷の薄膜に包埋されたタ
ンパク質粒子の模式図。

複合体（超分子複合体）の構造が近年相次いで報形状が解析対象と大きく異なり、電子顕微鏡写真

告されている。例えば、サブユニットの数が 800

上や解析の途中で解析対象と明瞭に区別できるを超える巨大なアンテナタンパク質であるフィ

ものであれば、問題ないこともあるが、低純度試

コビリソーム6）や、植物光化学系 II（PSII）とそ

料では解析が困難になる場合が多い。X 線結晶構の ア ン テ ナ タ ン パ ク 質 LHCII と の 複 合 体

造解析では、多数の結晶化条件を探索するために、

7,8）などである。我々も、多量（数 mg）の高純度試料が必要となるが、ク

このクライオ電顕単粒子解析を用いて、光合成関

ライオ電顕では、X 線結晶構造解析で要求される連の超分子複合体の構造解析に取り組んでいる。

量と比べて 2 桁程度少ないタンパク質試料（数十本稿では、我々が構造解析を進めている好熱性シµg 程度）で解析をおこなうことができる。そのアノバクテリア（Thermosynechococcus vulcanus）

ため、多量の試料を用意するのが難しい膜タンパ

PSII を例にとり、クライオ電顕単粒子解析法によク質や超分子複合体の解析に特に適している技

る構造解析を紹介したい。

術といえる。

（PSII-LHCII 複合体）

クライオ電顕でタンパク質の粒子像を観察す
2. クライオ電顕単粒子解析のための試料作製法

るには、直径 3 mm の金属製（銅あるいはモリブ

クライオ電顕単粒子構造解析では、X 線結晶構デン）のグリッドの上に、直径 1 µm 程度の孔が造解析の場合と同様に、高度に精製したタンパク

規則的に開けられている薄いアモルファスカー

質試料（純度 95%以上）を一般的に用いる。純度

ボン膜を張ったものを用いる（図１a）。そのクが低くても、混入したタンパク質粒子のサイズやライオ電顕グリッドに、精製したタンパク質試料113

光合成研究28 (2) 2018

溶液を 3 µl 程度載せる（図 1b）。そして、余分ばならなくなる。

な溶液をろ紙で吸い取り、カーボン膜に開けられた孔に薄い水の膜が張った状態を作る。その結果、

3. クライオ電子顕微鏡でのタンパク質粒子像の溶液に含まれるタンパク質分子（一般に粒子と呼撮影ぶ）は、その薄い水の膜に閉じ込められた状態にアモルファス状の氷の薄膜に包埋された無染なる。そして、そのグリッドを急速に液体エタン

色のタンパク質粒子は、電子線照射に伴う損傷をに浸漬することで、水分子がアモルファスの状態受けやすい。そのため、電子線照射損傷低減シスを保ったままタンパク質を凍結することができ

テム（Minimum dose system あるいは Low doseる（図 1c）。その凍結した試料は液体窒素に移

system と呼ばれる）を用いて、実際に電子顕微鏡

され、液体窒素温度を保ったままクライオ電顕にを用いて高倍率でのタンパク質粒子像を撮影す挿入して、タンパク質の粒子像をクライオ電顕でるまで、試料に電子線が極力当たらないようにす取得する。後述のように、透過型クライオ電顕にる 9）。これは、撮影に適した場所を低倍率かつより得られるタンパク質の粒子像は、2 次元投影

非常に弱い電子線量で探し、フォーカスを写真撮像である。それゆえ、タンパク質粒子の上下にあ影位置からわずかに（数 µm）離れたところで合るアモルファス状の氷の像がタンパク質粒子にわせた後、最後に目的の場所を撮影するという方ノイズとして重なってくる。したがって、なるべ法である（図 2）。これにより、実際の撮影まで

く薄い氷の膜にタンパク質を包埋することが、高に試料にあたる電子線量を最小にすることがで分解能構造解析においては重要である。また、タきる。また、一度撮影した場所は、電子線照射のンパク質粒子が単分散し互いに重ならず、なるべ

損傷を受けているので、撮影する孔を変えながらく多く一枚の写真に写るように、タンパク質濃度

撮影していく。このとき規則的に孔が並んでいるを適切に調節することも効率的なデータ取得にことにより、撮影の自動化が容易になる。

おいて重要である。濃度が高すぎてタンパク質粒

高分解能構造解析のための電顕像の記録媒体

子像が重なってしまうと、個々の粒子の形状が分としては、CMOS（相補性金属酸化薄膜半導体：

からなくなり解析できなくなる。一方で、濃度がComplementary metal oxide semiconductor）を用い

低すぎてタンパク質粒子が少ないと、解析に必要た電子直接検出型カメラが現在主流である 10）。

な粒子数を得るのに多くの写真を撮影しなけれ

従来は、CCD（Charge-coupled device）カメラを

図 2. 電子線照射損傷低減システムによる撮影方法①まず、クライオ電顕グリッドの全体像を低倍率かつ非常に弱い電子線で撮影する。②次に、全体像において、アモルファスカーボン膜の孔に薄く氷が張っているグリッドスクエアを探し、そのグリッドスクエアの拡大像を必要最低限の電子線量で撮影する。③そして、撮影する孔の場所をグリッドスクエア像で選択し、撮影
領域、フォーカス領域を設定する。氷の薄膜が張った孔の領域を撮影し、その撮影前に撮影領域の近傍のアモルファスカーボン膜上でフォー
カスを合わせる。④最後に、高倍率で氷の薄膜の場所を撮影し、タンパク質粒子の投影像を取得する。ここでは、タンパク質のフォールディ
ングを助けるシャペロン GroEL の粒子像を示し
ている。

114

光合成研究28 (2) 2018

用いていたが、CCD カメラは照射損傷を受けやね合わせることによって、撮影中の試料微動に伴すく、電子を CCD カメラの手前に置いたシンチ

う像のボケを取り除くことができるようになっレータで光子に変換し、光ファイバーやミラーをた。

使って、CCD 素子へ転送していた。その結果、
光—電子変換過程において、光子の点広がりが生4. タンパク質粒子の投影像からの３次元再構成

じ、解像度が低下していた。さらに、データの読

クライオ電顕像は、タンパク質粒子の２次元投

み出しを素子間の転送によっておこなうため、影像である。そして、各タンパク質粒子は、一般

データの読み出しが遅いという欠点もあった。一に氷の薄膜中でランダムな配向をしている。した方、CMOS イメージセンサーを用いた電子直接検がって、電顕像からはタンパク質粒子のさまざま

出型カメラでは、電子を直接検出するので、CCDな方向への投影像が得られてくる。その結果、そカメラの光—電子変換過程で生じていたボケがな

れら各タンパク質粒子の相対角度を決定するこく、高分解能情報が保持される。それに加え、とで、3 次元構造を再構成することができる。そCMOS 素子では、信号の高速読み出しも可能であの 2 次元投影像から 3 次元構造を再構成するには、る。そのため、イメージを動画で撮影することが①電顕像の動画補正、②コントラスト伝達関数可能となった。高分解能構造解析のための電顕像（CTF）の見積もり、③粒子のピックアップ、④の取得は高倍率でおこなうが、高倍率での撮影で2 次元クラス分類による粒子の選別、⑤初期３次は撮影中の試料微動が大きな問題となってくる。

元構造の作製、⑥3 次元クラス分類による粒子のその撮影中の試料微動を動画で撮影することに選別、⑦３次元構造の精密化、⑧分解能などの評

よって、補正できるようになった。すなわち、撮価という流れで画像解析をおこなう。

影した動画のフレーム間での試料の動きを追跡

それでは、我々の PSII の解析を例にとり、解し、その動きを補正した後に全てのフレームを重析の流れを紹介する。我々は、蛋白質研究所に導表 1 撮影および解析条件

115

光合成研究28 (2) 2018

図 3. 光化学系 II（PSII）のクライオ
電顕単粒子解析（a）PSII のクライオ電顕写真（b）PSII の二次元クラス平均画像（c）PSII の 3.3 Å 分解能のクライオ
電顕密度図（d）クライオ電顕密度図と原子モデル（e）PSII に存在する色素（カロテノ
イドとクロロフィル）のクライオ電顕密度図と原子モデル

入されているサーモフィッシャーサイエンティ

をピックアップした。これらピックアップしたフィック（旧 FEI）製の最先端クライオ電子顕微

PSII の粒子像には、サブユニットが欠落したもの

鏡（Titan Krios）を用いて、表 1 に示したようなや、構造が壊れたものも含まれているので、それ条件で 2,596 枚の PSII の電顕像（図 3a）を自動

らを三次元再構成するまえに取り除く必要があ

撮影し、その電顕像に写っている多数のタンパクる（当然、試料に混入した PSII 以外のタンパク質粒子像を用いて３次元再構成をおこなった。ま

質粒子も若干含まれているはずである）。例えば、

11）

近原子分解能で構造解析するには、その分解能でというソフトウェアを用いて、撮影中の試料微動構造が揃ったものを選別し、構造が高度に均一なを補正した。次に、各電顕像の CTF の見積もり

粒子像のみから 3 次元再構成をおこなう必要がをおこなった。クライオ電顕での粒子像のコントある。そのような 3 次元再構成に適さない粒子をラストは、主に（約 90%）位相差コントラストで取り除くために、2 次元および 3 次元でのクラス

あるが、そのコントラストは、周波数依存的な変分類と粒子の選択を RELION でおこなった（図調を受けている。そのため、電顕像ごとにその変3b）。最終的に、190,838 粒子から、3.3 Å 分解能

調関数である CTF を見積もり、電顕像の補正をのクライオ電顕密度図を得ることができた（図ずは、撮影した 2,596 枚の動画を MotionCor2する必要がある。今回は、CTFFIND

12）3c-d）。この構造解析のワークフローは、図 4 にというソ

フトウェアを用いて、CTF の見積もりをおこなっ

まとめている。得られたクライオ電顕密度図では、た。そして、画質の悪いものを捨て、画質の良い

タンパク質中の各サブユニットの原子モデルに2,405 枚の電顕像から、382,014 の PSII の粒子像

加え、カロテノイドやクロロフィルなどの色素の116

光合成研究28 (2) 2018の検討をおこない、さらなる高分解能構造解析を目指している。
5. おわりに
本稿では、我々が進めているさまざまな光合
成関連タンパク質複合体の 1 つ PSII の構造解析を例に、クライオ電顕単粒子解析を紹介した。現
在では、PSII のようにタンパク質が構造的に安定
で、氷の薄膜中できれいに単分散していれば、1週間から１ヶ月程度で原子モデルの構築が可能となるレベル（4 Å 分解能以上）の近原子分解能
構造解析ができるようになっている。今後、本解析技術は、X 線結晶構造解析では困難だった不安定な複合体の構造解析や過渡的複合体の構造解
析などに応用されていくと予想される。さらに分解能が向上すれば、光合成反応中心にある金属クラスターの構造なども可視化できるようになり、反応中間体の構造解析などにも応用されていくことが期待されているが、まだ解決すべき問題点もある。例えば、反応中間体の詳細な構造解析では、タンパク質の電子線損傷が大きな問題となる。
電子線は X 線よりも強く物質と相互作用するの

図 4．光化学系 II のクライオ電顕ワークフロー

で、電子線によるタンパク質の損傷は無視できない。そのため、電子線照射に伴う構造の歪みを X

原子モデルも十分構築できるものであった（図３

線自由電子レーザー（XFEL）により得られた無e）。このクライオ電顕で得られた密度図は、タ損傷構造と比較することで見積もり、（簡易的にンパク質のクーロンポテンシャル分布図である。

は既に行われているが）電子線照射に伴う損傷をそのため、X 線結晶構造解析で得られる電子密度考慮した解析法を構築する必要があるだろう。

図とは本質的に異なっているが、3 Å 程度の分解能では一見大きな違いは分からない（図 3c-e）。
謝辞

しかし、電荷をもつ電子線は、電荷を帯びた原子と帯びていない原子に対する原子散乱因子が大本成果は、国立研究開発法人医療研究開発機構

きく異なる。そのため、酸性および塩基性のアミ創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業（創薬

ノ酸残基では、荷電状態によって密度が変わって等先端技術支援基盤プラットフォーム事業）の支くる。それにより、アミノ酸側鎖の電荷情報が得

援により得られました。

られる可能性がある。一方、X 線結晶構造解析では、そのような電荷情報を得るのは難しいが、異常分散による元素分析をおこなうことができる

Received July 26, 2018; Accepted Aug 15, 2018; Publishedという利点がある。

Aug 31, 2018.

現在、我々は PSII の反応中間体の構造を詳細に調べるために、試料調製および撮影・解析条件

117

光合成研究28 (2) 2018
7.

参考文献
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1,

2

2

2

Naoyuki Miyazaki *, Ryo Nagao , Koji Kato , Jian-Ren Shen , Fusamichi Akita
1

2

2,3

Institute for Protein Research, Osaka University, Research Institute for Interdisciplinary Science, Okayama
3

University, JST-PRESTO

118

光合成研究28 (2) 2018

表紙の紹介

エチオプラストの発達におけるガラクト脂質の役割
1
2

東京大学 大学院総合文化研究科
大阪府立大学 高等教育推進機構（現所属）藤井祥 1、和田元 1、小林 康一 1,2

暗所で発芽した被子植物は緑化せず、いわゆるモヤシ（黄化芽生え）の形態をとる。このとき、子葉細胞内では葉緑体の前駆体としてエチオプラストが発達する。エチオプラスト内には、プロ
チラコイド膜（PT）に加え、プロラメラボディ（PLB）とよばれる規則正しい格子状の膜構造が形成される。黄化芽生えが光を受けると、PLB が崩壊するとともにチラコイド膜が発達し、エチ
オプラストは急速に葉緑体へと分化する。
エチオプラストには、クロロフィルの前駆体であるプロトクロロフィリド（Pchlide）と、それを光依存的にクロロフィリドへと変換する Pchlide 還元酵素（LPOR）が蓄積する。Pchlide の多く
は LPOR と結合し、光により瞬時に変換される光活性型複合体を形成する。LPOR と Pchlide の蓄積に関してはこれまでに数多くの研究がなされてきたが、それらの蓄積する場を作る膜脂質の役
割はほとんど分かっていなかった。2017 年に我々は、チラコイド膜や PLB の全脂質の約半分を占めるモノガラクトシルジアシルグリセロール（MGDG）の軽度の減少が、PLB の構造には大きな影響を与えないが、Pchlide の合成や光活性型複合体の蓄積と多量体化、PT の伸長を強く阻害することを報告した 1)。そこで、もう一つのガラクト脂質であるジガラクトシルジアシルグリセロー
ル（DGDG）のエチオプラストにおける役割を明らかにするため、我々は主要 DGDG 合成酵素遺伝子 DGD1 を欠損したシロイヌナズナ変異体（dgd1）の解析を行った 2)。
dgd1 変異体の黄化芽生えでは、DGDG の含量が野生株と比べ 80%減少していたが、MGDG の
量はほとんど変わらなかった。変異体のエチオプラストでは、PT はほとんど発達せず、PLB の格子構造も大きく乱れていたが、PLB のサイズは野生株と同程度であった。また、DGDG の減少はMGDG の減少と同様に、膜における Pchlide の合成プロセスや光活性型複合体の蓄積を阻害することが分かった。その他さまざまなデータの比較により、2 種のガラクト脂質が共通で持つ役割と、それぞれが独自に果たす役割があることが示唆された。その詳細について、2018 年 12 月号の解説記事にて報告する予定である。
kkobayashi@las.osakafu-u.ac.jp
参考文献
1.
Fujii, S., Kobayashi, K., Nagata, N., Masuda, T. and Wada, H. (2017) Monogalactosyldiacylglycerol
facilitates synthesis of photoactive protochlorophyllide in etioplasts. Plant Physiol. 174, 2183–2198.
2.
Fujii, S., Kobayashi, K., Nagata, N., Masuda, T. and Wada, H. (2018) Digalactosyldiacylglycerol isessential for organization of the membrane structure in etioplasts. Plant Physiol. 177, 1487–1497.

119光合成研究28 (2) 2018

特別企画：若手研究者の海外留学レポート！

第四回「フライブルク滞在記」
東北大学大学院

農学研究科
門脇 太朗

私は埼玉大学でポスドクをしていた時に、埼玉大学が取得した「頭脳循環を加速する戦略的国
際研究ネットワーク推進プログラム」により、ドイツのフライブルク大学の Hess 教授のもとで、2017 年 1 月から 12 月まで客員研究員として働いていました。Hess 教授のグループは、バイオイ
ンフォマティクスと実験の融合をモットーにしており、これまでに世界で最初にシアノバクテリ
アの転写開始点を網羅的に同定し、多数の新規 sRNA の発見やその機能解析を行っています。私は留学期間中にシアノバクテリア Synechocystis sp. PCC 6803 を材料に sRNA の発現を制御する転写因子の研究や、シアノバクテリアの転写開始点と転写因子の結合モチーフ、トランスクリプトー
ム情報から転写因子の標的を同定する研究をしていました。
フライブルクについて
バーデン＝ヴュルテンベルク州の州都であり、南ドイツ、フランスとスイスの国境の近くにある人口約２０万人の都市です。市の中心はシュヴァルツバルト(黒い森)のふもとにあり、美しいミュンスター大聖堂など歴史豊かな街並みです（写真１、写真 2）。1457 年創立の伝統あるフラ
イブルク大学を中心とした大学都市であり住民の約 15％が学生を占めます。また、昔から環境保護で先進的な取り組みを行ってきており、太陽光や風力を利用したエネルギー政策、公共交通の拡張や自転車通勤の推奨、ゴミ分別や緑化の推進などにより、環境都市フライブルクと呼ばれ、美しい街並みを保っています。
フライブルクでの生活
研究室は市の中心街から 2 から 3 キロはなれた場所にあり、私はそこからさらに路面電車で 15 分ほど離れた場所に住んでいました。フライブルク
でまず大変なことは、住む家を探すことでした。
特に安価な物件を見つけるのが、ドイツの中で非常に難しい都市だそうで、実際に現地の学生さん
たちから家を探している、もしくはルームシェア
をしたいから連絡してほしいという張紙がしょっ
ちゅう掲示板や壁にあったりします。また研究室
で、住む家が見つからないから良い物件を知らな
いか、というメールもありました。私自身も最初の三か月は月 1000 euro 以上する物件に住んでいましたが、その後は現地の日本人の方の協力で月600 euro ほどの物件に運良く住むことができました。フライブルグに留学を考えている方は、家探
しは早めに行い、現地にいる日本人の方にあらか
じめ協力してもらうことを強くお勧めします。他の生活事情は、非常に良好で、特に食料品が安いので助かりました。ただ日曜日はフライブルク駅

120

写真 1

光合成研究28 (2) 2018

周辺の店以外は基本的に閉まっており、私は土曜日にまとめて買い物をしていました。また治安も良く、深夜に大学に行って実験しに行っても大丈夫なくらいでした（金曜と土曜以外の夜は酔っ払いが多いのでお勧めしませんが）。
研究室の様子研究室はパーマネント研究者が 3 名、私を除く
ポスドクが 1 名、テクニシャンが 4 名、IT 担当が2 名、ドクターコースの学生が 4 名（外国籍 2 名）、
マスターコースの学生が 2 名、学部生が 2 名という構成でした。研究室では 9 時ごろからだいたい
18 時くらいまで勤務する方が多く、土日は来ても朝に少し仕事をするか完全に休むという方がほとんどでした。
セミナーやお祝い事をする際には、発表者や祝ってもらう方が主催し、料理やお菓子を用意するという違いには驚きました。また私が留学している間も国外から 2 名の方が半年滞在し、研究室単位でも月 1 くらいで外部からの研究者の公演があるなど、国内外問わず、積極的に外部とのコミュ
写真 2
ニケーションを取っていました。実際に Hess 研の論文はコラボレーションが多く、ポスドクの方と話すと、いかにうまく協力して良いジャーナルにパブリッシュできるか、ということが研究者として非常にステータスになるそうです。論文が数本出ると大学内でバーベキューパーティーをしてお祝いします。そこでは研究の話もしますが、日常生活やスポーツ、政治など様々で、日本のことについても話題になりましたが、研究室の方の教養が高く、結構マニアックな話題になったりもしました。私はついつい研究の話ばかりしてしまいますが、このような場で様々な種類の会話ができるようになることが、コラボレーションを行う一つのカギになるのではないかと感じました。

以上取り留めのない海外留学レポートでしたが、本稿がこれから海外で研究する方に少しでもお役に立てれば幸いです。最後に本稿を執筆する機会を与えていただいた光合成学会若手の会の会長の清水隆之氏に感謝いたします。

121

光合成研究28 (2) 2018

報告記事
第9回

日本光合成学会（年会・公開シンポジウム）開催報告
大会準備委員長：牧野 周（東北大）
大会企画委員長：宮尾光恵（東北大）

第９回日本光合成学会（年会・公開シンポジウム）が、2018 年 5 月 26～27 日に東北大学青葉山新キャンパスの青葉山コモンズで行われました。青葉山新キャンパスは、県有地であった仙台
カントリー倶楽部ゴルフ場跡地を 2003 年に東北大学が宮城県から購入、2006 年より東北大学の新しいキャンパスとして整備をすすめてきた場所です。昨年農学部がこの新キャンパスに総合移転し、今回の年会は農学部の講義室・図書館が併設される真新しい青葉山コモンズで開催されました。2015 年 12 月に仙台市営地下鉄東西線が開通し、東北大学のメインキャンパスである青葉
山地区と川内地区の構内にそれぞれ地下鉄駅が建設され、市内中心部から非常に交通の便の良い立地での開催となりました。年会参加者は 154 名、ポスター発表は 77 題、企業展示は５件でした。
参加者数、ポスター発表数ともにほぼ例年並みでした。青葉山コモンズ内の会場と、ポスターボー
ドや視聴覚施設などの備品等は、農学部の好意によりすべて無料で借りることができました。シンポジウムは 300 人収容の大講義室（翠生ホール）で行い、ポスター会場は図書館に併設する大きなラーニングコモンズを使用しました。
一日目には、私、牧野と宮尾がオーガナイザーとなり、「光合成と窒素と作物生産」をテーマにシンポジウムを行ないました。今日までの作物増産は窒素の多量施肥に依存してきた背景を踏
まえ、シンポジウムでは生物生産の窒素利用の最適化とさらなる作物増産の方向性について議論しました。話題提供者としては、安達俊輔さん（東京農工大）から「自然変異を利用した光合成
速度・窒素利用効率向上の展望と課題」、泉正範さん（東北大）から「体内窒素利用と光合成活
性のバランスは改変し得るか？」、そして、彦坂幸毅さん（東北大）から「植物葉群における葉間窒素分配の最適性」と言う演題で発表を頂き、有意義な討論をしました。
二日目のシンポジウムは高橋裕一郎さん（岡山大）と鹿内利治さん（京大）がオーガナイザーとなり、「チラコイド膜超複合体の構造とダイナミクス」と題して行われました。チラコイドタ
ンパク質複合体はダイナミックに構造を変え、他の複合体と超複合体を形成することで、光合成活性を柔軟に調節するという新しいメカニズムの解明事例や、その解析方法としてのクライオ電顕の秘めた可能性の紹介がありました。話題提供者としては、横野牧生さん（日本製粉）から「チラコイド膜のダイナミクスの違いは PSI-PSII 超複合体の構造に影響を与えうる」、加藤義宣さん（京大）から「NDH-PSI 超複合体の構造とアセンブリ」、Sreedhar Nellaepalli さん（岡山大）から「PSI assembly apparatus in green alga Chlamydomonas reinhardtii」、そして、宮崎直幸さん（阪大）
から「超分子複合体の構造のクライオ電顕による解析について」と言う演題で発表を頂き、活発な討論をしました。
今回の企画では、ポスター発表をすべて初日に行い、二日目はお昼で終了と言う形にさせて頂きました。ポスター発表の 1 分間紹介も希望者による事前登録制としました。土日開催であったことや遠方から参加される人の便宜を考慮しました。ポスター会場内には休憩コーナーも設け、

122光合成研究28 (2) 2018

また企業展示とも隣接させ、多少時間的にタイトなところはあったかもしれませんが、各所で熱い討論が行われました。ポスター賞は、従前の方法にしたがった投票の結果、高木大輔さん、上妻馨梨さん、米田卓郎さん、丸山萌さん、亀岡峰志さんが受賞し、高木大輔さんが最優秀ポスター賞に選出されました。
来年の年会は、2019 年 5 月 25 日（土）～26 日（日）の日程で、京都産業大学のむすびわざ館
にて開催の予定です。来年も土日の開催になるのでご注意ください。

図 1．年会会場となった青葉山新キャンパス

図 2．シンポジウム会場（青葉山コモンズ大講義室）

図 3．総会で挨拶する高橋裕一郎会長

図 4．ポスター賞受賞者

123

光合成研究28 (2) 2018

報告記事
第 15 回若手の会セミナー開催報告

東京大学

大学院総合文化研究科
清水 隆之

今回は、5 月 27 日の光合成学会本会終了後に東北大学の講義室をお借りして行いました。開催に際して、東北大学の牧野周先生と菅波眞央さんには、会場準備・設営において多大なご協力を頂きました。この場を借りて御礼申し上げます。セミナーの様子については、愛媛大の高智五輝さんに報告記事としてまとめて頂いたので、詳しくはそちらをご覧ください。
セミナーには総勢 41 名の参加があり、今回も和やかなムードの中、活発な議論が行われました。
理由は良くわかりませんが（わかれば今後の運営に生かせるのですが）、初参加の学生が多く見受けられました。なにやら新しい風が吹き始めている予感がしています。
また、8 月 19～22 日に北京で開催された第 1 回アジア・オセアニア国際光合成学会において、セッションの 1 つとして若手セミナーを開催いたしましたが、その報告は 12 月号に掲載予定です。
今年度はあと 1 つのセミナーを企画しております。とても刺激的な会になると確信していますので、皆様のご参加を心よりお待ち申し上げます。さらに、来年度は光合成学会若手の会設立 10 周年となるので、何か特別なことができればと考えております。
【今後のセミナー開催予定】詳細は光合成学会若手の会 HP をご覧ください。
10 月 5－7 日 第 1 回生命科学系フロンティアミーティング 2018＠遺伝研（生命情報科学若手の会・ゲノム微生物若手の会との合同シンポジウム）
2019 年 5 月 26 日光合成学会年会終了後 光合成学会若手の会 10th Anniversary セミナー （仮）【学生のみなさんへ】
若手の会ってどんなイメージですか？近い研究をしている他大学の学生が交流する会？はたま
た、若手研究者が集まってエネルギッシュに議論する会？私は、特に決まっているわけじゃなく、色んなことを試しにやってみる会だと思っています。でも、学生が求めるものって、学生じゃな
くなると見えにくくなっちゃうんですよね（苦笑）なので、誰々の話を聞きたいとか、セミナーに限らずこんなことしたいとか、若手の会でやってみたい・やって欲しいことがあれば、遠慮なく清水（ctshimizu@g.ecc.u-tokyo.ac.jp）までご連絡ください。まぁ、まずは参加してみてください。
思ったより楽しいから！

124

光合成研究光合成学会若手の会

28 (2) 2018

第 15 回セミナーに参加して愛媛大学大学院 理工学研究科
博士前期課程 2 年
高智 五輝2018 年 5 月 26 から 27 日にかけて第 9 回日本光合成学会年会およびシンポジウムが東北大
学青葉山新キャンパスで開催されました。年会終了後に光合成学会若手の会第 15 回セミナーが行われました。私にとって若手の会への参加は今回が初めてでした。セミナーの内容は、二人の学生による講演と柴田穣先生 (東北大学大学院理学研究科化学専攻) による特別講演、各参加者による自己紹介でした。セミナー終了後は居酒屋へ移動し、先生方を交え若手ならではの陽気な懇親会 (研究に関する熱い議論も聞こえてきました) が開催され終始笑顔溢れる会となりました。
学生招待講演の一つ目は菅波眞央さん (東北大学) による「Rubisco 量増強によるイネの光合成機能と生産性の強化」でした。人工増加や地球環境変化に伴う食糧不足に対して、主要穀物の生産性を向上させることが重要となってきます。内容は、圃場を使用した自然環境下における Rubisco 量増強イネの栽培試験についてでした。分子レベルから始まり圃場での作物収量までに至るお話しを聞かせていただきました。
二つ目は三角将洋さん (早稲田大学) による「シアノバクテリアと灰色藻における呼吸が光合成に与える影響」でした。内容は、光合成生物における呼吸/葉緑体呼吸が光合成にとってネガティブなものか、生理学的意義が存在するのかについてでした。6 種のシアノバクテリ
アと灰色藻を使用し、クロロフィル蛍光測定を用いて比較することで呼吸が光合成に与える影響は種によって異なることが明らかにされました。
特別企画として柴田穣先生による「レーザー分光法で見る光合成－単一分子から細胞まで－」という演題で、研究内容から現在に至るまでのご自身の経歴ついて講演して頂きました。
内容は、極低温でも作動する蛍光顕微鏡を開発し、光合成タンパク質に適応できる単一分子計測についてでした。この技術を使用すれば、ステート遷移でアンテナタンパク質が光化学系間を移動する現象を捉える事に繋がります。また、講演の中で経歴について「自分は運が良かった」と仰っていましたが、それは先生の研究に対する熱意や努力があったからこその結果だと講演を聞いて強く感じました。
参加者約 30 名の自己紹介では、それぞれがユーモア満載のスライドを作成し、研究内容・
経歴・趣味・近況などについて語って頂きました。
私は若手の会に参加して、もっと早くからこのセミナーに参加しておけばというのが正直な感想です。光合成という枠組みの中で、様々な研究分野に出会う事は自身の視野を広げる機会です。また、光合成を研究する同年代の学生との交流によって良い刺激を受けることができました。若手の会を終え、新たな気持ちで自身の研究活動に日々精進しています。
最後になりましたが、セミナーの主催及び本稿を執筆する機会を与えて頂きました清水隆
之先生を初め、有意義な時間を共有することのできたセミナー参加者の皆様にこの場をお借りして感謝申し上げます。

125光合成研究28 (2) 2018

報告記事

First European Congress on Photosynthesis Research, ePS-1
CEA Saclay
嶋川 銀河
学会の概要
2018 年 6 月 25～28 日にスウェーデンの
ウプサラ (写真, 図 1) で開かれました First
EuropeanCongresson
Photosynthesis
Research (ePS-1) および若手研究者を対象としたサテライト会議 (ePS-1-Young) に参加してきました。本会議は、言うなれば国際光合成会議のヨーロッパ支部会のようなもので、8 月にはアジア・オセアニア支部会が北京で開かれるものと存じます。
ヨーロッパ支部会ですのでもちろん日本人
研究者の比率は非常に少なかったですが、会議の規模は思いのほか大きく ePS-1 の参加者が 400 名超であり、さらにそのうち約図 1. ウプサラ大聖堂. 初日の会場外から撮影
150 名は ePS-1-Young から続けて参加していた状況でした。実際、ePS-1-Young のオーガナイザーの方は、想定以上に参加者が増えてしまい会議の準備・運営等が大変だったとおっしゃっておりました。ヨーロッパにおける光合成研究の確かな地位、そして今後ますます発展していくことへの期待が強く伺えるものでした。
発 表 “Changing frequency of fluctuating light reveals the molecular mechanism for P700
oxidation in plant leaves”に対する反応
私は、ePS-1 および ePS-1-Young においてポスターで「変動光の周波数の変化が光合成電子伝達制御に与える効果」について発表しました。この研究では、正弦関数を模した滑らかな変動光 (通称、海坊主“Umibozu”) を用いる事により、光の変動の速さを変えて経時的にP700 酸化レベルなどの様々な光合成パラメータを評価しました (図 2)。詳細な内容については、近々オンライン公表されます論文 (Shimakawa and Miyake, 2018 Plant Direct in press) を参照していただければ幸いです。発表の中では P700 酸化とクロロフィルパラメータ qL の相関から、プロトン勾配に依存しないシトクロム b6/f 電子伝達制御の可能性 (Shaku et al., 2016
Plant and Cell Physiology 57, 1443-1453; 釋と三宅, 2016 光合成研究 26, 10-22; 嶋川と三宅,2017 光合成研究 27, 4-15; Shimakawa et al., 2018 Frontiers in Microbiology 9, 886) や NADPH
dehydrogenase が変動光下で P700 酸化に担う役割 (Kono and Terashima, 2016 Plant and Cell
Physiology 57, 1405-1414; Yamori et al., 2016 Scientific Reports 6, 20147) などを議論し、変動光に興味のある方だけではなく、光合成の電子伝達制御や光傷害といった分野で働かれている方から、とても良い反応をいただきました。

126

光合成研究28 (2) 2018

情報収集内容参加者が多い事もあり ePS-1、ePS-1-Young 両方
で多岐にわたった光合成研究の発表を聴くことができました。少し特徴的であったのは、開催国のスウェーデンで人気の高いと思われる人工光合成に関する話題が多かったことです。私の発表分野であった光合成電子伝達のセッションもなかなかの盛況であり、口頭発表の部屋には立ち見の方が溢れるほどでした。当分野の中では光化学系 I の反応評
価法について新規のアプローチを提案する発表が複数あり、中でもフランスの Benjamin Bailleul 氏の手法は非常にシンプルで興味をそそられました。
学会全体を通した発表のうち、個人的に最も特筆すべき発表はフィンランドの Yagut Allahverdiyeva
氏による「光合成生物における Flavodiiron protein(FLV) の生理機能の再考」であり、その内容は、18O2
質量分析測定を用いた FLV2/4 による O2 光還元の検証結果でした。Synechocystis sp. PCC 6803 を含む一部のシアノバクテリアは FLV というフラビンタン
図 2. Umibozu 測定における光強度
パク質を 4 つ所有しており、それぞれ FLV1/3 およ(PFD, 赤線) と P700 酸化 (紺丸) の変動.
遅い変動光 (A) と速い変動光 (B) に対す
び FLV2/4 の組み合わせでヘテロダイマーを形成しるシロイヌナズナ野生株の P700 酸化をていると考えられていますが、FLV1/3 が電子伝達
Dual-NIR-KLAS (WALZ, Germany) を用い系の過剰電子を O2 へと安全に散逸していると強くて大気条件下で測定した。図は Shimakawa
支持される一方で、FLV2/4 については O2 の光還元
and Miyake Plant Direct in press より改訂。
は触媒しないという事が定説でした。そんな中、私は神戸大学における博士課程の研究において O2 発
生測定とクロロフィル蛍光の同時測定から「FLV2/4 も FLV1/3 と同様の機能を有しており、
低 CO2 環境でのみ極めて特異的に働く」との結論に至っておりました (Hayashi et al., 2014
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 78, 384-393; Shimakawa et al., 2015 Plant Physiology
167, 472-480)。詳細な内容は 2015 年の光合成研究記事 (嶋川, 2015 光合成研究 25, 16-21) をご参照ください。論文を通してから実に 3～4 年もの間、自身の研究成果がいまいち浸透しな
い事にやりきれない思いをする事も多々ありましたが、ついに今回の ePS-1 でフィンランド
の当グループを含めた多くの研究者の方々から意見の一致と高い評価をいただき、長かった
苦労も少しは実を結んだかと感じる次第でした。光合成生物における FLV の反応メカニズムに関してはまだまだ多くの謎が残されていますが、その活性制御メカニズムや生物種における多様性の面白みなど Yagut Allahverdiyeva 氏とはようやく同じ方向性で活発な議論を交わす事ができました。
おわりに海外での研究活動を始めてからも感じていたことですが、今回の ePS-1 を通して、自身の研究発信力の弱さを改めて痛感しました。こちらではしばしば、論文を公表すること以上に直接的なディスカッションで相手を説得させる事が極めて重要であり、自身の未熟な言語面と論理力ではまだまだ困難な状況が多いのが実情です。私は今春より海外学振のプロジェク
トで 2 年間のフランス滞在をスタートさせましたが、日々、自身に足りないものを思い知らされ、苦労の多い（有意義な）研究生活を送っております。今回紹介しましたヨーロッパ支
部会について第 2 回の詳細はまだ存じませんが、ご興味のある方は是非とも参加してみてはいかがでしょうか。

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光合成研究28 (2) 2018

報告記事

第 3 回光合成細菌ワークショップ開催記録
原田 二朗(久留米大・医)浅井 智広(立命館大・生命科学)
塚谷 裕介(JAMSTEC)
今年 3 月に札幌で開催された第 59 回日本植物生理学会年会の関連集会として、第 3 回光合成細菌ワークショップを開催した。今回のプログラムでは微生物生態と微生物応用と大きく内容を分け、例年通り本会では聞けない発表を演者の方々にして頂いた。トップ演者の花
田 智先生(首都大学東京)には、長年の温泉マットの研究から、古代地球環境で推測される光合成細菌の役割と進化について発表して頂いた。次演者の吉澤 晋先生(東京大学)には、細菌がもつプロテオロドプシンの多様性について話して頂いた。海洋表面において太陽光をエネ
ルギー源とするのは光合成生物だけでなく、むしろプロテオロドプシンをもつ生物の方が主流であるという内容は印象的であった。微生物生態系での最終演者の福井 学先生(北海道大学)には、硫黄循環システムを担う微生物群集についてお話いただいた。生命誕生から初期において、エネルギー獲得として主流であったと示唆される還元的環境下での硫黄循環システ
ムは、光合成細菌およびシアノバクテリアの出現により酸化的環境へと移行した際に、変化することを余儀なくされ、それに関わる微生物群集とどのように共進化したかという、興味深い内容であった。
後半トップは、学生の伏見こころさん(大阪大学)にヘリオバクテリア由来のタイプ I 反応
中心の立体構造について発表していただいた。現存の光合成生物の中で構造が未解明であった酸素非発生型タイプ I 反応中心は、唯一ホモダイマー構造をとっており、進化的にも重要な位置づけにある。昨年、米国のグループからその結晶構造の報告があり、発表内容も話題
性の高いものであった。続いて樋口美栄子先生(理化学研究所)には、生物が貧栄養時の炭素及びエネルギー所蔵物質として用いるポリヒドロキシアルカン酸(バイオポリエステルの一種)の光合成細菌での生産についてお話いただいた。ポリヒドロキシアルカン酸は石油由来のプ
ラスチックの代替材料として注目されている。光合成細菌におけるその生合成は既知のものと異なっており、応用発展に期待されることを説明していただいた。そしてワークショップ
最後には、民秋 均先生(立命館大学)に長年研究されている光合成細菌の特殊なアンテナ系であるクロロソームについてご講演いただいた。クロロソームの光捕集部は色素だけの自己会
合体で形成されているが、有機合成のアプローチから生体外で機能性アンテナとして働くよ
うにプログラムすることで、人工光合成系へ発展していく過程をご説明いただき、勉強となった。
オーガナイザーとしての所感を今回も少し記述したいと思う。今回で本ワークショップを3 回目と数えられるまで続けることができ、また開催の度に少しずつ参加人数が増えているのは嬉しい限りである。そうなるように、世話人同士で毎回プログラム内容の検討に苦労しているといった話は昨年の本誌 4 月号に書かせていただいた。それに加えて、プログラム編
成では若い方に発表していただくことを心掛けている。特には学生枠を設けており、毎回学
生 1 人には話していただいている。これは光合成細菌研究が次の世代に繋がるようにというのが大きな理由である。研究者人口が多くないので、若い方の発表者探しには骨を折るが、過去の学生・若手発表者がまた参加してくれているのを見かけると嬉しく感じる。さらに、
これは我々自身も分野外の研究に目を向ける良い機会となっている。実際この過程において、光合成細菌研究の土台を作るとともに、広い分野の研究者と関係することがなされている。

128

光合成研究28 (2) 2018

ワークショップがこの様に集まった方々の、分野や世代を超えた交流の場になれば幸いである。講演会後の交流会では、若い方を含めた多くの方にご参加いただき、活発な議論や会話で盛り上がっていた様子がうかがえたので、今回も開催してよかったと感じている。今年 8月にカナダ・バンクーバーで開催された ISPP(国際原核光合成生物シンポジウム)に参加した
際には、学生を含めた日本人研究者の参加が目立った。この様な国際会議での日本人の活躍に、本ワークショップが少しでも貢献できればと思い、次回以降もプログラムの検討に腐心したいと思う。

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光合成研究28 (2) 2018

事務局からのお知らせ★入会案内
本会へ入会を希望される方は、会費（個人会員年会費：￥1,500、賛助法人会員年会費：￥50,000）を郵便振替（加入者名：日本光合成学会、口座番号：00140-3-730290）あるいは銀行振込（ゆうちょ銀行、０１９店(ゼロイチキュウと入力)、当座、0730290 名前：ニホンコ
ウゴウセイガッカイ）にて送金の上、次ページの申し込み用紙、または電子メールにて、氏
名、所属、住所、電話番号、ファックス番号、電子メールアドレス、入会希望年を事務局までお知らせください。
★会費納入のお願い
学会の運営は、皆様に納めていただいております年会費によりまかなわれております。当該年度の会費が未納の場合、光合成研究が送られてくる封筒に、会費未納が印字されています。ご都合のつくときに、会費を納入ください。１年間会費を滞納された場合、次年度よりお名前が会員名簿から削除され、光合成研究は届かなくなります。再入会される場合は、未納の分もあわせてお支払いいただきます。会費納入状況などにつきましては、ご遠慮なく事務局（sonoike@waseda.jp）までお問い合わせください。会員の皆様のご理解とご協力をお願い申し上げます。

130

光合成研究28 (2) 2018

日本光合成学会会員入会申込書

平成

年

月

日

日本光合成学会御中
私は日本光合成学会の趣旨に賛同し、平成年より会員として入会を申し込みます。

[]内に会員名簿上での公開承諾項目に◯印をつけてください[]

氏名（漢字）（必須）

氏名（ひらがな）
氏名（ローマ字）
[

]

所属

[

]

住所 1

]

住所 2（自宅の方または会誌送付先が所属と異なる場合にのみ記入）

[

]

TEL1

[

]

TEL2（必要な方のみ記入）

[

]

FAX

[

]

E-mail〒[〒個人会員年会費

1,500 円 （会誌、研究会、ワークショップなどの案内を含む）

賛助法人会員年会費

50,000 円 （上記と会誌への広告料を含む）（振込予定日：平成年月日）（会員資格は１月１日～１２月３１日を単位とします）＊ 複数年分の会費を先払いで振り込むことも可能です。その場合、通信欄に（何年度～何年度分）とお書き下さい。

連絡先〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中 3-1-1
岡山大学 異分野基礎科学研究所
高橋裕一郎 研究室内
日本光合成学会
TEL : 086-251-7861
FAX : 086-251-7876
ホームページ: http://photosyn.jp/

郵便振替口座銀行振込の場合

加入者名：日本光合成学会

口座番号：00140-3-730290

ゆうちょ銀行、０１９店(ゼロイチキュウと入力)、当座、0730290
名前：ニホンコウゴウセイガッカイ

131光合成研究28 (2) 2018

日本光合成学会会則
第１条

名称

本会は日本光合成学会（The Japanese Society of Photosynthesis Research）と称する。
第２条

目的

本会は光合成の基礎および応用分野の研究発展を促進し、研究者相互の交流を深めることを目的とす
る。
第３条

事業

本会は前条の目的を達成するために、シンポジウム開催などの事業を行う。
第４条

会員

１．定義
本会の目的に賛同する個人は、登録手続を経て会員になることができる。また、団体、機関は、賛助会員になることができる。
２．権利会員および賛助会員は、本会の通信および刊行物の配布を受けること、本会の主催する行事に参加することができる。会員は、会長を選挙すること、役員に選出されることができる。
３．会費
会員および賛助会員は本会の定めた年会費を納めなければならない。
第５条

組織および運営

１．役員
本会の運営のため、役員として会長 1 名、事務局長 1 名、会計監査 1 名、常任幹事若干名をおく。役
員の任期は２年とする。会長、常任幹事は連続して二期を越えて再任されない。事務局長は五期を越えて再任されない。会計監査は再任されない。
２．幹事
幹事数名をおく。幹事の任期は 4 年とする。幹事の再任は妨げない。
３．常任幹事会
常任幹事会は会長と常任幹事から構成され、会長がこれを招集し議長となる。常任幹事会は本会の運営に係わる事項を審議し、これを幹事会に提案する。事務局長と会計監査は、オブザーバーとして常任幹事会に出席することができる。
４．幹事会
幹事会は役員と幹事から構成され、会長がこれを招集し議長となる。幹事会は、常任幹事会が提案した本会の運営に係わる事項等を審議し、これを決定する。
５．事務局
事務局をおき、事務局長がこれを運営する。事務局は、本会の会計事務および名簿管理を行う。
６．役員および幹事の選出
会長は会員の直接選挙により会員から選出される。事務局長、会計監査、常任幹事は会長が幹事の中から指名し、委嘱する。幹事は常任幹事会によって推薦され、幹事会で決定される。会員は幹事を常任幹事会に推薦することができる。
第６条

総会

１．総会は会長が招集し、出席会員をもって構成する。議長は出席会員から選出される。
２．幹事会は総会において次の事項を報告する。
１）前回の総会以後に幹事会で議決した事項
２）前年度の事業経過
３）当年度および来年度の事業計画
３．幹事会は総会において次の事項を報告あるいは提案し、承認を受ける。

132

光合成研究28 (2) 2018１）会計に係わる事項
２）会則の変更
３）その他の重要事項
第７条

会計

本会の会計年度は 1 月 1 日から 12 月 31 日までとする。当該年度の経理状況は、総会に報告され、その承認を受ける。経理は、会計監査によって監査される。本会の経費は、会費および寄付金による。
付則第１

年会費は個人会員 1,500 円、賛助会員一口 50,000 円とする。

第２

本会則は、平成 14 年 6 月 1 日から施行する。

第３

本会則施行後第一期の会長、事務局長、常任幹事にはそれぞれ、第５条に定める規定にかかわらず、平成 14 年 5 月 31 日現在の会長、事務局担当幹事、幹事が再任する。本会則施行後第一期の役
員および幹事の任期は、平成 14 年 12 月 31 日までとする。
第４

本会則の改正を平成 21 年 6 月 1 日から施行する。

日本光合成学会の役員選出に関する申し合わせ

平成 27 年 5 月 27 日

幹事会

１．選挙管理委員会
本会の選挙を公正に実施するため、選挙管理委員会を置く。選挙管理委員 2 名は常任幹事会が幹事会に推薦し、決定する。選挙管理委員の互選により委員長を選出する。
２．会長［会則第５条第６項］
１）幹事および常任幹事による若干名の候補者の推薦方法
幹事は、会長選挙に推薦する候補者としてふさわしい会員を 3 名連記で投票する。投票結果が上位の会員について、常任幹事会は、本人の意向を確認した上で、若干名を推薦候補者として決定する。選
挙事務は事務局長が執り行う。
２）会長選挙会長選挙の実施に当たっては、会員に推薦候補者を提示し、全会員による単記無記名投票を実施する。
最高得票者を、次期会長とする。得票数が同数の場合は、抽選により決定する。選挙事務は選挙管理委員会が執り行う。

日本光合成学会の運営に関する申し合わせ

１．幹事会
幹事は光合成及びその関連分野の研究を行うグループの主催者である等、日本の光合成研究の発展に顕著な貢献をしている研究者とする。任期は 4 年とするが、原則として再任されるものとする。
２．事務局
事務局長の任期は 2 年とするが、本会の運営を円滑に行うため、約 5 期（10 年）を目途に再任されることが望ましい。
３．次期会長会長の引き継ぎを円滑に行うため、次期会長の選挙は任期の 1 年前に行う。
４．常任幹事会
常任幹事会の運営を円滑におこなうため、次期会長は常任幹事となる。

133

光合成研究28 (2) 2018

幹事会名簿
秋本誠志

神戸大学大学院理学研究科

高市真一

東京農業大学生命科学部

粟井光一郎

静岡大学学術院理学領域

高橋裕一郎

岡山大学異分野基礎科学研究所

池内昌彦

東京大学大学院総合文化研究科

田中歩

北海道大学低温科学研究所

石北央

東京大学大学院工学研究科

田中寛

東京工業大学資源化学研究所

泉井桂

近畿大学生物理工学部生物工学科

田中亮一

北海道大学低温科学研究所

伊藤

繁

名古屋大学

民秋

均

立命館大学総合理工学院

井上和仁

神奈川大学理学部

都筑幹夫

東京薬科大学生命科学部

伊福健太郎

京都大学大学院生命科学研究科

出羽毅久

名古屋工業大学大学院工学研究科

榎並

東京理科大学寺島一郎

東京大学大学院理学系研究科

得平茂樹

首都大学東京大学院理工学研究科

鞆達也

東京理科大学理学部

遠藤

京都大学大学院生命科学研究科

仲本

準

大岡宏造

大阪大学大学院理学研究科

永島賢治

神奈川大学

太田啓之

東京工業大学成川礼

静岡大学大学院理学研究科

バイオ研究基盤支援総合センター

南後

守大阪市立大学大学院理学研究科

大友征宇

茨城大学理学部

西田生郎

埼玉大学大学院理工学研究科

大政謙次

東京大学大学院農学生命科学研究科

西山佳孝

埼玉大学大学院理工学研究科

小川健一

岡山県農林水産総合センター

野口航

東京薬科大学生命科学部

勲剛

埼玉大学大学院理工学研究科

生物科学研究所野口巧

名古屋大学理学研究科

小俣達男

名古屋大学大学院生命農学研究科

長谷俊治

大阪大学蛋白質研究所

垣谷俊昭

名古屋大学

林

愛媛大学プロテオサイエンスセンター

菓子野康浩

兵庫県立大学理工学部

原登志彦

北海道大学低温科学研究所

柏山祐一郎

福井工業大学環境情報学部

彦坂幸毅

東北大学大学院生命科学研究科

金井龍二

埼玉大学

久堀

東京工業大学研究院化学生命科学研究所

神谷信夫

大阪市立大学複合先端研究機構

日原由香子

埼玉大学大学院理工学研究科

熊崎茂一

京都大学大学院理学研究科

福澤秀哉

京都大学大学院生命科学研究科

栗栖源嗣

大阪大学蛋白質研究所

藤田祐一

名古屋大学大学院生命農学研究科

小池裕幸

中央大学理工学部

古本

強

龍谷大学農学部

小林正美

筑波大学大学院数理物質科学研究科

前

忠彦

坂本

岡山大学資源生物科学研究所

牧野

周

佐賀佳央

近畿大学理工学理学科

増田真二

櫻井英博

早稲田大学

佐藤公行

岡山大学

増田

佐藤直樹

東京大学大学院総合文化研究科

松浦克美

首都大学東京都市教養学部

鹿内利治

京都大学大学院理学研究科

松田祐介

関西学院大学理工学部

重岡

近畿大学農学部

真野純一

山口大学農学部

篠崎一雄

理化学研究所植物科学研究センター

皆川

基礎生物学研究所

嶋田敬三

首都大学東京

宮尾光恵

東北大学大学院農学研究科

白岩義博

筑波大学生物科学系

宮下英明

京都大学大学院地球環境学堂

沈

岡山大学異分野基礎科学研究所

宗景（中島）ゆり 関西学院大学理工学部

名古屋市立大学

村田紀夫

基礎生物学研究所

大学院システム自然科学研究科

本橋健

京都産業大学総合生命科学部

杉浦美羽

愛媛大学プロテオサイエンスセンター矢守

航

東京大学大学院理学系研究科

杉田名古屋大学遺伝子実験施設

横田明穂

奈良先端科学技術大学院大学

亘

成

建仁

杉浦昌弘

護

杉山達夫

名古屋大学

鈴木祥弘

神奈川大学理学部

園池公毅

早稲田大学教育学部

秀則

徹

東北大学
東北大学大学院農学研究科
東京工業大学
バイオ研究基盤支援総合センター

建純

東京大学大学院総合文化研究科

バイオサイエンス研究科
和田

134

元

東京大学大学院総合文化研究科

光合成研究28 (2) 2018

編集後記
高温、地震、大雨、台風など、日本各地で未曾有の異常気象が続いています。皆様におかれましても、被害等が出ていないことを切に願います。今号では、2018 年 5 月 27 日に東北大学青葉山新キャン
パスで開催された第 9 回日本光合成学会・公開シンポジウム「チラコイド膜超複合体の構造とダイナ
ミクス」でご講演していただいた方から、お二人の方に特集記事をお願いしました。また、その年会でポスター発表賞を受賞されたお二人にも、早速、研究紹介記事を頂きました。少し執筆期間が短い
中、記事をご投稿いただき、感謝申し上げます。また、編集の都合で雑誌の発行が例年より遅れまし
たことをお詫びいたします。
今号に関するご意見や本誌に対するご要望がございましたら、伊福までご連絡ください。また、研究紹介や解説、トピックスなどの記事を随時受け付けております。表紙にふさわしい写真、図等も募集しており、採用された場合は紹介記事の掲載なども可能です。どうぞよろしくお願いいたします。
編集長・伊福 健太郎（京都大学）

記事募集
日本光合成学会では、会誌に掲載する記事を会員の皆様より募集しています。募集する記事の項目は以下の通りです。
¡ トピックス：光合成及び関連分野での纏まりのよいトピックス的な記事。
¡ 解説：光合成に関連するテーマでの解説記事。
¡ 研究紹介：最近の研究結果の紹介。特に、若手、博士研究員の方からの投稿を期待しています。
¡ 集会案内：研究会、セミナー等の案内。
¡ 求人：博士研究員、専門技術員等の募集記事。
¡ 新刊図書：光合成関係、または会員が執筆・編集した新刊図書の紹介。書評も歓迎します。
記事の掲載を希望される方は、編集長の伊福（ifuku@kais.kyoto-u.ac.jp）までご連絡ください。

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光合成研究28 (2) 2018

「光合成研究」編集委員会
編集長

伊福 健太郎（京都大学）

編集委員

粟井 光一郎（静岡大学）

編集委員

成川 礼（静岡大学）

編集委員

矢守 航（東京大学）

日本光合成学会

2018年度役員

会長

高橋 裕一郎（岡山大学）

事務局長

園池 公毅（早稲田大学）

常任幹事

田中 歩（北海道大学）

前会長

常任幹事

鹿内 利治（京都大学）

前事務局長

常任幹事

松田 祐介（関西学院大学） 年会 2015年

常任幹事

柏山 祐一郎（福井工業大学）年会 2016年

常任幹事

杉浦 美羽（愛媛大学）

年会 2017年

常任幹事

古本 強（龍谷大学）

年会 2017年

常任幹事

牧野 周（東北大学）

年会 2018年

常任幹事

宮尾 光恵（東北大学）

年会 2018年

常任幹事鞆 達也（東京理科大学）

光生物学協会

常任幹事

石北 央（東京大学）

常任幹事

伊福 健太郎（京都大学）

会計監査

藤田 祐一（名古屋大学）

ホームページ

加藤 裕介（岡山大学）

光合成研究

日

本

第 28 巻光〒700-8530

合

第2号

成

学

編集長

（通巻 82 号）

2018 年 8 月 31 日発行

会

岡山県岡山市北区津島中 3-1-1

岡山大学 異分野基礎科学研究所
高橋 裕一郎 研究室内
TEL : 086-251-7861
FAX : 086-251-7876
e-mail : jspr@photosyn.jp
ホームページ : http://photosyn.jp/
郵便振替口座銀行振込の場合

加入者名：日本光合成学会

口座番号：00140-3-730290

ゆうちょ銀行、０１９店 (ゼロイチキュウと入力)、当座、0730290
名前：ニホンコウゴウセイガッカイ

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