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英語原著論文（2014年以降が成川研発足後の論文となります。それ以前は、成川の東大在籍時の論文です）

太字は成川が筆頭 or 責任著者, *: 責任著者, #: 共同筆頭, 青背景: 成川研の筆頭 and/or 責任著者, 緑背景: 成川研の共著者

Hoshino et al. in preparation, Yagi et al. in preparation, Watanabe et al. in preparation

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2026

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78. Miyake, K.* , ..., and Narikawa, R.* (2026) In preparation.

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77. Hoshino, H.* , ..., and Narikawa, R.* (2026) In preparation.

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78. Kawamoto, T., et al. (2026) Submitted.​

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77. Suzuki, T.*, Sato, T.N.,  and Narikawa, R.* (2026) In revision.

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76. Kohase, S., Fujimoto, K., Narikawa,  R., and Yanai, T. (2026) A residue-resolved mechanism for trapped-twist spectral tuning in cyanobacteriochromes. Accepted to J. Phys. Chem. B

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75. Yoneda, A., Suzuki, T.*, and Narikawa, R.* (2026) Saturating mutagenesis on the Ser118 residue responsible for the spectral tuning mechanism of the orange/green-reversible cyanobacteriochrome AM1_1499g1. Accepted to  Plant Biol.

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74. Sato, M., Watanabe, M., Iwata, M., Maeda, K., Nimura-Matsune, K., Ikeuchi, M., Narikawa,  R., and Watanabe S. (2026) Comparative study of phycoerythrobilin synthases for fine-tuning photosynthetic light-harvesting complexes, phycobilisomes. Sci. Rep. 16 (1): 15992.

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73.  Suzuki, T.*, Yoneda, A., Yokota, T., Hoshino, H., Miyake, K., Fushimi, K., and Narikawa, R.* (2026) Discovery and engineering of unique cyanobacteriochrome GAF Domains. Methods Mol. Biol., 2970: 3-17.

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2025​​​

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72. Miyake, K.*, Iwata, S., and Narikawa, R.* (2025) Engineering of the phycourobilin synthase: PubS to a two-electron reductase. Plant Cell Physiol., 66 (2): 229-237.

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2021年度に博士課程を修了した三宅くんが筆頭・共同責任、成川最終・共同責任著者論文がPlant Cell Physiol. 誌に掲載されました。三宅くんにとって3報目の筆頭著者原著論文となります。静岡大学時代の最後の卒研生である岩田さんが、卒研で行った実験を基に、三宅くんが追加実験も行い、まとめてくれた論文です。PubSという色素還元酵素が、ビリベルジンを基質として二段階の還元反応を触媒してフィコウロビリンを合成しますが、他の色素還元酵素との比較を基盤に、変異を導入することで、一段階の還元反応を触媒する酵素に改変することに成功しました。今後、天然に存在しない色素を合成することで、光受容体や光捕集タンパク質のさらなるバリエーションを産み出せるようになることを目指しています。

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三宅くんは、成川研で博士号を取得した1番目の学生になります。三宅くんが筆頭の原著論文はまだまだ出版する予定です。三宅くんは今、東京大学の駒場キャンパスで助教をしていて、今後も共同研究を推進できればと思っています。

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71. Fukazawa, M., Miyake, K., Hoshino, H., Fushimi, K., and Narikawa, R.*  (2025) Phycocyanobilin binding and specific amino acid residues near the chromophore contribute to orange light perception by the dualchrome phytochrome region. Plant Cell Physiol., 66 (2): 193-203.

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2023年度に修士課程を修了した深澤さんが筆頭、成川最終・責任著者論文がPlant Cell Physiol. 誌に掲載されました。深澤さんが卒業してから半年ほどで出版できて良かったです。この論文では、2021年に共著論文で報告した単細胞緑藻由来であるクリプトクロムとフィトクロムのキメラ光受容体・Dualchromeのフィトクロム領域を解析しました。典型的な陸上植物のフィトクロムの場合、フィトクロモビリンという長波長の光質を吸収する色素を結合し、赤色光と遠赤色光を可逆的に感知しますが、Dualchromeのフィトクロム領域は、橙色光と遠赤色光を可逆的に感知します。先行研究では、結合色素の道程はできていませんでしたが、緑藻のゲノムに存在する色素合成酵素の生化学的な解析から、フィトクロモビリンではなく、短波長の光質を吸収するフィコシアノビリンを結合することが示唆されました。さらにフィトクロム領域の色素結合領域の網羅的な部位特異的変異導入により、色素近傍の3つのアミノ酸残基が短波長の橙色光を感知するのに重要な役割を果たすことを見出しました。

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深澤さんは、成川が都立大に移籍した2年目に外部から修士課程に入学してくれた方で、2年間の研究従事でした。その間に就職活動も挟みつつ、着実に実験を進めてくれて、このように原著論文として報告できて嬉しく思っています。

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2024​

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70. Nakajima, K., Nishizawa, H., Chen, G., Tsuge, S., Yamanaka, M., Kiyohara, M., Irikura, R., Matsumoto, M., Tanaka, K., Narikawa,  R., Igarashi, K. (2024) Intracellular biliverdin dynamics during ferroptosis. J. Biochem., 176 (6): 472-483.

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東北大学医学部の五十嵐先生・西澤先生らとの共同研究の論文です。2019年にPNASに発表した僕らの論文に対して、五十嵐先生が興味を持っていただき、声をかけていただきました。ビリベルジンの細胞内での動態を可視化するのに僕らが開発した分子を利用してくれました。僕らが全く想定していない形で活用いただき、とても嬉しく思います。

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プレスリリース

https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2024/10/press20241008-01-Intracellular.html

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69. Hoshino, H., Miyake, K., Fushimi, K., and Narikawa, R.* (2024a) Red/green cyanobacteriochromes acquire isomerization from phycocyanobilin to phycoviolobilin. Protein Sci., 33 (8): e5132.​

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2023年度に博士課程を修了した星野くんが筆頭、成川最終・責任著者論文がProtein Sci. 誌に掲載されました。星野くんにとって共同筆頭も含めて3報目の筆頭著者原著論文となります。星野くんは博士論文として、新規のCBCR分子の同定を目指していましたが、これもその枠組みの論文になります。特に星野くんは色素近傍に特異なシステイン残基が存在する分子群に着目し、解析を進めました。この論文では、XRG型に分類されるCBCRにおいて高度に保存されているトリプトファン残基がシステイン残基に置換されている分子に着目し、解析を進めたところ、予想外なことに、結合したフィコシアノビリン色素をフィコビオロビリンに異性化する活性を示し、緑色光と青緑色光の間で可逆的な光変換を示しました。さらに、典型的な赤色光と緑色光の間で可逆的な光変換を示す分子との比較を基盤にアミノ酸変異を導入したところ、3つのアミノ酸を置換することで、フィコシアノビリンを結合し赤色光と緑色光の間で可逆的な光変換を示す分子に改変することに成功しました。

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星野くんは、成川研で博士号を取得した2番目の学生になります。星野くんが筆頭の原著論文をあと2報、投稿する予定です。とても良い仕事をしてくれたので、しっかりと出版まで持っていきたいと思います。

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EurekAlert!

https://www.eurekalert.org/news-releases/1054558

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68. Sato, M., Kawaguchi, T.  Maeda, K., Watanabe, M., Ikeuchi, M., Narikawa,  R., Watanabe, S. (2024) Functional modification of cyanobacterial phycobiliprotein and phycobilisomes through bilin metabolism control. ACS Synth. Biol., 13 (8): 2391-2401.

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フィコエリスロビリン合成酵素をモデルシアノバクテリア・Synechococcus elongatus PCC 7942に導入し、一部のフィコシアニンにフィコエリスロビリンを結合させることで、緑色光下での増殖を野生型よりも増強させることに成功しました。フィコエリスロビリン合成酵素の発現誘導を厳密に制御することで、このような改変が可能となりました。

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東京農業大学の渡辺智さんのグループとの共同研究論文です。長い間の共同研究でしたが、論文として出版できて嬉しいです。今も共同研究が進行中なので、今後も論文をアウトプットできればと思います。

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プレスリリース

https://www.tmu.ac.jp/news/topics/36820.html

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67. Suzuki, T.*, Yoshimura, M., Arai, M., and Narikawa, R.* (2024) Crucial residue for tuning thermal relaxation kinetics in the biliverdin-binding cyanobacteriochrome photoreceptor revealed by site-saturation mutagenesis. J. Mol. Biol. 436 (5): 168451.

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2023年度まで3年間、特任助教として活躍してくれた鈴木さんの筆頭2報目の論文が、J. Mol. Biol. 誌に受理されました！こちらの論文は、光受容体の分光解析の専門家・John Kennis教授がEditorを務めた特別号に掲載されています。鈴木さんの1報目のFEBS J. 誌に掲載された論文で確立した部位特異的飽和変異法を、AnPixJg2_BV4のPhe319というアミノ酸に対して行った結果です。Phe319に変異を導入することで、色素結合効率が向上することが、構造予測から期待され、実際にいくつかの変異体で色素結合効率の向上がみとめられました。さらに、予想外なことに、Po型からPfr型へと戻る熱緩和の速度に大きな違いが見出されました。親分子よりも30倍程度速い熱緩和を示す分子がある一方で、親分子よりも3倍ほど遅い熱緩和を示す分子もありました。

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異分野から参画して3年という短い期間の研究従事でしたが、精力的に研究を推進してくれて、既に2報の筆頭原著論文、1報の共著原著論文が出版済みです。今後も筆頭・共著原著論文がアウトプットできると思います。

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2023

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66. Takeda, Y., Ohtsu, I., Suzuki, T., Nakasone, Y., Fushimi, K., Ikeuchi, M., Terazima, M., Dohra, H., and Narikawa, R.* (2023) Conformational change of the engineered biliverdin-binding cyanobacteriochrome during the photoconversion process. Arch. Biochem. Biophys. 745: 109715.

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卒業生の竹田さんが筆頭、成川最終・責任著者論文がArch. Biochem. Biophys. 誌に掲載されました。竹田さんが卒業してから3年以上が経過してしまいましたが、何とか論文として出版することができて良かったです。この論文では、BV結合型CBCR改変分子が光変換過程で構造変化を起こしている領域を特定することに成功しました。最初にNative PAGEを行った際、Po型とPfr型で移動度に差が生じることを発見し、それをきっかけに様々な生化学解析を組み合わせることで、構造変化に関する情報を得ることができました。最終的には、プロテアーゼによる部分消化とマススペクトル解析を組み合わせることで、タンパク質表面に露出している領域が両吸収型で異なっていることを同定することができました。今後、この情報を基盤として、光遺伝学ツールを開発することができたらと考えています。

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この研究は、静岡大学時代に同僚であった道羅先生との共同研究成果となります。道羅先生にはマススペクトル解析を行なっていただきました。今後も静岡大学の先生方との共同研究を継続していきたいと考えています。

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65. Suzuki, T.*, Yoshimura, M., Hoshino, H., Fushimi, K., Arai, M., and Narikawa, R.* (2023) Introduction of reversible cysteine ligation ability to the biliverdin-binding cyanobacteriochrome photoreceptor. FEBS J. 290 (20): 4999-5015.

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都立大に着任のタイミングからうちのラボに参画してくれている特任助教の鈴木貴久さんが筆頭著者の論文が、FEBS J. 誌に受理されました！うちで導入されていなかった部位特異的飽和変異法とコロニー呈色条件を新規に確立してくれた上で、ユニークな分子を引き当ててくれました。偶然、導入されたCys残基が光依存的に色素に脱着するという非常にユニークな分子を引き当ててくれたので、そこにフォーカスした論文になります。

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異分野から参画して2.5年で、0から始めた研究について、論文としてアウトプットすることができたのは、素晴らしいと思います。現在、鈴木さん筆頭の第二弾論文も投稿中です。今後もガンガン論文をアウトプットできればと思います。

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64. Takemura, H., Choi, J.-H., Fushimi,  K., Narikawa,  R., Wu, J., Kondo, M., Nelson, D., Suzuki, T., Ouchi, H., Inai, M., Hirai, H., and Kawagishi, H. (2023) Role of hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase in metabolism of fairy chemicals in rice. Organ. Biomol. Chem. 21 (12): 2556-2561.

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静岡大学時代に、農学部の河岸先生たちの研究に協力した仕事が出版されました。元特任助教の伏見さんが大腸菌での異種発現・タンパク質精製のところに協力しました。

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伏見さんは河岸先生のところで学位を取得しており、その縁でこのような共同研究が成立しました。人の縁って大事ですよね。

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63. Priyadarshini, N., Steube, N., Wiens, D., Narikawa,  R., Wilde, A., Hochberg, G.K.A., and Enomoto, G. (2023) Evidence for an early green/red photocycle that precedes the diversification of GAF domain photoreceptor cyanobacteriochromes. Photochem. Photobiol. Sci. 22 (6): 1415-1427.

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ドイツのグループとの共同研究論文です。シアノバクテリオクロムGAFドメインの祖先型配列を予測し、その配列が緑／赤色光変換型であることを見出しました。

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最終著者の榎本くんは東大駒場での助教時代の学生さんです。彼の最初の最終著者論文のお手伝いをすることができて、とても嬉しいです。

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62. Hoshino, H.,  and Narikawa, R.* (2023) Novel cyanobacteriochrome photoreceptor with the second Cys residue showing atypical orange/blue reversible photoconversion. Photochem. Photobiol. Sci. 22 (2): 251-261.

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博士学生の星野くん筆頭著者、成川最終・責任著者の論文が、Photochem. Photobiol. Sci. 誌に受理されました。この論文では、DXCF型CBCRの中で、DXCFではなく、DXCIというモチーフになっているCBCRを発見し、それについて解析したところ、PCBを結合し、橙色光を吸収する暗安定型と青色光を吸収する光活性化型の間で変換することを明らかにしました。このような性質を持つCBCRの報告はこれまでになく、新たな多様性を報告できたと言えます。

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星野くんが単独の筆頭著者論文はこれが初めてとなります。星野くんはこれ以外にもたくさんの面白い研究を展開中ですので、今後も筆頭著者論文が続々と出る予定です！

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2022

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61. Kuwasaki, Y., Suzuki, K., Yu, G., Yamamoto, S., Otabe, T., Kakihara, Y., Nishiwaki, M., Miyake, K., Fushimi, K., Bekdash, R., Shimizu, Y., Narikawa,  R., Nakajima, T., Yazawa, M., and Sato, M. (2022) A red light-responsive photoswitch for deep tissue optogenetics. Nat. Biotechnol. 40 (11): 1672-1679.

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CRESTの共同研究の枠組みでの論文がNat. Biotechnol. 誌に掲載されました。成川研のグループは生化学解析や光の実験において、サポートする形での参画でした。赤色光と遠赤色光（暗黒下）で可逆的に変換するバクテリオフィトクロムDrBphPの色素結合領域に対し、アフィボディによるリボソームディスプレイを行い、赤色光照射で産生されるPfr型特異的に結合するバインダーを進化工学的に釣ってきて、さらに改良することで、特異的バインダーが開発されました。全体を通して非常に大変な実験が多かったと思いますが、筆頭著者の桑崎くんを筆頭にチーム一丸となってゴールできた論文だと思います。
 

内容以外で個人的に特筆したいことが二点あります。第一点は、筆頭の桑崎くんは卒研でうちのラボ所属でした。そこで、光生物学の基礎を学び、フィトクロムやシアノバクテリオクロムの理解を深めて、駒場の佐藤先生のところに進学したことで、スムーズに研究することができたのではないかと思っています。それ以外にも、もう一人佐藤先生のところに進学した西脇くんも共著に入っていて、かつ、成川研のグループからは元特任助教の伏見さんと元博士学生の三宅くんも共著に入っています。直接的な実験だけでなく、色々な形で研究に貢献できたのではないかと思っています。第二点目として、CRESTのコアメンバー三人が揃った最初の共著論文であるということです。CREST期間中に出せると良かったのですが、CREST終わってすぐのタイミングでこのように出せたのはとても嬉しいです。今後も共著論文をさらに出せるように頑張ります。
 

東大のプレスリリース
https://www.c.u-tokyo.ac.jp/.../20220614-pr-sobun-01.pdf

都立大のプレスリリース
https://www.tmu.ac.jp/news/topics/34646.html

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60. Miyake, K., Kimura, H., Narikawa, R.* (2022) Identification of significant residues for intermediate accumulation in phycocyanobilin synthesis. Photochem. Photobiol. Sci. 21 (4): 437-446.

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元博士学生の三宅くん筆頭著者、成川最終・責任著者の論文が、Photochem. Photobiol. Sci.誌に受理されました。この論文は、2020 FEBS J. 論文の続報にあたる内容になります。2020 FEBS J. 論文において、Acaryochlorisに存在するPCBを合成する2つのPcyA酵素が機能分化し、片方が中間体のDHBVを高蓄積するのに対して、もう片方はDHBVを速やかに代謝する性質があることを明らかにしましたが、この論文では、部位特異的変異導入をすることで、DHBVの高蓄積に関与するアミノ酸残基を特定することに成功しました。

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この論文は三宅くんにとって、2報目の筆頭著者論文になります。三宅くんが筆頭著者の論文はこれ以降もまだ出る予定ですので、今後にご期待ください！

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2021

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59. Makita, Y.#, Suzuki, S.#, Fushimi, K.#, Shimada, S.#, Suehisa, Y., Hirata, M., Kuriyama, T., Kurihara, Y., Hamasaki, H., Okubo-Kurihara, E., Yoshitake, K., Watanabe, T., Sakuta, M., Gojobori, T., Sakami, T., Narikawa, R., Yamaguchi, H., Kawachi, M., and Matsui, M. (2021) Identification of a dual orange/far-red and blue light photoreceptor from an oceanic green picoplankton. Nat. Commun. 12: 3593

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共著論文がNat. Commun.誌に掲載されました。共同研究者が海洋メタゲノムデータから、二つの光受容体が融合したキメラ分子を発見し、僕らはその分光解析を担いました。解析の結果、フィトクロム領域で橙／遠赤光、クリプトクロム領域で青色光を感知することが分かりました。この解析を基に、共同研究先が、橙色光、遠赤色光、青色光下でのRNA-seq解析を行い、それぞれの光による発現の違いを特徴づけしています。プレスリリースでも、僕らの解析結果を図として取り上げてくれており、この論文における中核を担う仕事をできたと思っています。

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この仕事は、元特任助教の伏見さんが担当してくれました。非常に発現が難しいタンパク質で、苦労に苦労を重ねて何とか結果を得ることができたので、彼の努力が報われたことが何より嬉しいです。キメラ光受容体といえば、フィトクロムとフォトトロピンが融合した「ネオクロム」を思い浮かぶ人も多いと思いますが、その発見者の和田先生は都立大に所属されていました。似て非なるキメラ光受容体「デュアルクロム」を、同じ所属先から発表することができたことに、縁を感じて嬉しく思っています。また、この論文において、大学の教養課程時代から博士課程まで駒場でずっと一緒だった（ラボは被っていない）栗原くんと共著になっていることも、とても嬉しい要素になっています。彼との繋がりもあって、この研究に声をかけてもらえたのだと思います。

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58. Tachibana, S.R., Tang, L., Zhu, L., Takeda, Y., Fushimi, K., Ueda, Y., Nakajima, T., Kuwasaki, Y., Sato, M., Narikawa, R., and Fang, C. (2021) An engineered biliverdin-compatible cyanobacteriochrome enables a unique ultrafast reversible photoswitching pathway. Int. J. Mol. Sci., 22 (10): 5252

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57. Fushimi, K.*, and Narikawa, R.* (2021) Unusual ring D fixation by three crucial residues promotes phycoviolobilin formation in the DXCF-type cyanobacteriochrome without the second Cys. Biochem. J., 478 (5): 1043-1059

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元特任助教の伏見さん筆頭・責任著者、成川最終・責任著者の論文が、Biochem. J. 誌に受理されました。この論文は、2020 PNAS論文の続報にあたる内容になります。2020 PNAS論文において、second CysをもつDXCF型のサブファミリーに属するにもかかわらず、second Cysを失ったAM1_1499g1に焦点を当てて、分子進化に鑑みた部位特異的変異導入を施すことで、野生型を含め8種類の分子を設計することに成功しました。その初期の変異導入において、second Cysを導入することで、PVBへの異性化活性を付与することに成功していました。一方、AM1_6305g1はAM1_1499g1と非常に近縁な分子であるにもかかわらず、second Cysを保持しPVBへの異性化活性も示します。このことから、本研究において、AM1_6305g1のsecond Cysを別のアミノ酸に置換することで、異性化活性を失わせることを試みましたが、意外なことに異性化活性に全く影響がありませんでした。そこで、構造情報と配列比較を組み合わせることで、関与するアミノ酸残基を推定し変異導入を進めることで、second Cysがない状態でも、PVB異性化を促進できるアミノ酸残基を特性することに成功しました。これらのアミノ酸は、D環を高度に捻ることに寄与し、それによって間接的にPVBへの異性化に関わることが予想されました。

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2020 PNAS論文のきっかけとなった実験が、AM1_1499g1へのCys残基の導入実験であり、それによって異性化活性の付与に成功したことから、AM1_6305g1を土台とした逆行変異と対にして、小さい論文としてまとめようという意図でこちらの実験に着手したという経緯でした。しかし、AM_6305g1ではsecond Cysの置換だけでは異性化活性を失わせることはできず、上記の目論見は早々に頓挫しました。その上で、AM1_6305g1はとりあえず後回しにして、AM1_1499g1の改変をさらに進めたことで、結果的にPNASに大きな仕事としてまとめることができました。一方、PNAS論文のデータが大体積み上がった時点で、再度、AM1_6305g1の意外な結果に向き合うことで、今回の論文で着眼した3つのアミノ酸を見出すことができて、こちらはこちらで大きい仕事として着地させることできました。予想外の結果からの試行錯誤の末に、二つの論文に結実できたのはとても嬉しいですね。さらに、2020 Photochem. Photobiol. Sci.と2020 Int. J. Mol. Sci.も2020 PNASの続報的な位置づけになるので本当に大きく育ったネタになってくれました。

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56. Kirpich, J.S., Chang, C.-W., Franse, J., Yu, Q., Escobar, F.V., Jenkins, A.J., Martin, S.S., Narikawa, R., Ames, J.B., Lagarias, J.C., Larsen, D.S. (2021) Comparison of the forward and reverse photocycle dynamics of two highly similar canonical red/green cyanobacteriochromes reveals unexpected differences. Biochemistry, 60 (4): 274-288

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55. Tachibana, S.R., Tang, L., Cheng Chen, C., Zhu, L., Takeda, Y., Fushimi, K., Seevers. T.K., Narikawa, R., Sato, M., and Fang, C. (2021) Transient electronic and vibrational signatures during reversible photoswitching of a cyanobacteriochrome photoreceptor. Accepted to Acta A Mol. Biomol. Spectrosc.

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2020

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54. Fushimi, K.#, Hoshino, H.#, Shinozaki-Narikawa, N., Kuwasaki, Y., Miyake, K., Nakajima, T., Sato, M., Kano, F., and Narikawa, R.* (2020) The cruciality of single amino acid replacement for the spectral tuning of biliverdin-binding cyanobacteriochromes. Int. J. Mol. Sci., 21 (17): 6278.

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特任助教の伏見さんとM2の星野くんの共同筆頭著者、成川最終・責任著者の論文が、Int. J. Mol. Sci. 誌に掲載されました。この論文は、2019 PNAS論文と2020 PNAS論文の両方にとっての続報にあたる内容になります。XRG型CBCRにおいて、1アミノ酸の変異が波長シフトに効くとことを、両方向（長波長型を短波長型へ改変、短波長型を長波長型へ改変）で証明できました。さらに興味深いのは、この波長シフトに効いているアミノ酸変異が、2020 PNASにおけるengineeringで行なっていた変異と全く一緒で、そちらも波長シフトに効いていたことです。今回の論文の分子と2020 PNASの論文の分子は、系統的に全く異なるところに属するのに、同じポジションの同じ変異（L->Y）が、天然の進化過程で生じ、長波長シフトに寄与しているというのたとても興味深い事実だと思います。

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この論文は、PIの成川の妻（Naeko Shinozaki-Narikawa）が共著に入った初めての論文です。妻には本研究で開発した蛍光プローブを培養細胞で発現させて、その蛍光を検出する実験を担当してもらいました。もともと東大の佐藤研で、長波長型に改変した分子を培養細胞で発現し、蛍光検出を試みたものの、うまくいかず、お蔵入りしかけていたのですが、妻の職場の蛍光顕微鏡のセットアップが、うちの分子の蛍光を検出する上で、少し有利かもということで、妻との共同研究に展開したという流れです。

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53. Fushimi, K., Matsunaga, T., and Narikawa, R.* (2020) Photoproduct of DXCF cyanobacteriochromes without reversible Cys ligation is destabilized by rotating ring twist of the chromophore. Photochem. Photobiol. Sci. 19 (10): 1289-1299.

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特任助教の伏見さん筆頭著者、成川最終・責任著者の論文が、Photochem. Photobiol. Sci. 誌に掲載されました。この論文は、2020 PNAS論文の続報にあたります。2019年度の卒業研究生の松永くんが見つけた萌芽を基に、伏見さんが更なる網羅的な実験をしてまとめてくれた論文です。松永くんは当初、異なる研究テーマで実験を進めていたのですが、2020 PNAS論文でデザインした分子を扱っているときに、ある分子のD環が高度に捩れている光​活性化型が暗反転を示すことに気がつきました。この暗反転は高度に捩れているためであると考えて、1アミノ酸変異で捩れが解消された分子を調べたところ、やはり暗反転が非常に遅いことが分かりました。その後、網羅的に解析した結果、Cys残基が脱着しないタイプにおいては、D環の高度な捩れが暗反転を促進しているということが分かりました。この研究は、CBCRの活性型の安定性について考える上で、興味深い知見を提供することができたと思っています。

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松永くんの卒業研究は、夏休み過ぎくらいまでやっていたテーマでは良い結果が得られず、その後の展望も良くないということで、急遽方針転換しました。その結果をこのような形でまとめることができて良かったです。

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52. Fushimi, K.*, Hasegawa, M., Ito, T., Rockwell, N.C., Enomoto, G., Ni-Ni-Win, Lagarias, J. C.,  Ikeuchi, M. and Narikawa, R.* (2020) Evolution-inspired design of multicolored photoswitches from a single cyanobacteriochrome scaffold. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 117 (27): 15573-15580.

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特任助教の伏見さん筆頭・責任著者、成川最終・責任著者の論文がProc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 誌に掲載されました。昨年に続いて、PNASに論文を掲載することができてとても嬉しいです。アカリオクロリスのCBCR分子・AM1_1499g1がユニークな光変換特性を示すことを明らかにし、さらに、これまでの知見や構造情報を駆使した変異導入を段階的に施すことで、野生型も含めて計8種類の光変換分子を創出することに成功しました。成川がアカリオクロリスの分子の中で最初に取り組んだのが、実はこのAM1_1499g1でしたが、長らく塩漬けされていました。2018年に出版された長谷川さんのJBC論文をきっかけに、AM1_1499g1の論文化の道筋が拓けて、その後、伏見さんがハードワークしてくれて、今回の論文として結実しました。また、早期配属の伊藤くん（現・学部三年生）も論文に貢献してくれました。

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この論文は、UC DavisのClarkやNathanとの共同研究です。2018年に半年間、伏見さんがUC Davisに短期留学したことが縁となりました。

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51. Miyake, K., Fushimi, K., Kashimoto, T., Maeda, K., Ni-Ni-Win, Kimura, H., Sugishima, M., Ikeuchi, M., and Narikawa, R.* (2020) Functional diversification of two bilin reductases for light perception and harvesting in unique cyanobacterium Acaryochloris marina MBIC 11017. FEBS J., 287 (18): 4016-4031

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博士課程1年の三宅くん筆頭著者、成川最終・責任著者の論文がFEBS J. 誌に受理されました。詳細な経緯はコラムに掲載しましたので、興味のある方は、是非ご覧ください。本論文では、まず、Acaryochloris marinaにフィコシアノビリンを合成するPcyAが例外的に2つ存在し、それらがメイン染色体とプラスミドにそれぞれコードされていることを見出しました。フィコシアノビリンを結合するタンパク質として、メイン染色体には光受容体、プラスミドにはフィコビリソームがそれぞれ主にコードされているため、メイン染色体のPcyAは光受容体に、プラスミドのPcyAはフィコビリソームにそれぞれ色素を供給している可能性が示唆されました。詳細な生化学解析を進めることで、前者はフィコシアノビリンに加えて、それより長波長を吸収できる18^1,18^2-DHBVを、後者はフィコシアノビリンのみをそれぞれと同じDNA単位にコードされているタンパク質に供給している可能性を提示することができました。Acaryochloris marinaは他のシアノバクテリアよりも長波長の光質を光合成に利用しているため、このようなシステムによって、長波長の光質を感知することを可能にしているのかもしれません。生理学的なデータはまだあまりないですが、今後、それらも含めた研究を展開したいと思います。今後、より詳しい解説をコラムに上げようと思っています。

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D1の三宅くんの初筆頭著者論文ということで、非常に感慨深いです。成川が駒場最終年で見出した可能性を、卒研から修士までの3年間をかけて、しっかりと検証してくれました。

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50. Enomoto, G., Kamiya, A., Okuda, Y., Narikawa, R., and Ikeuchi, M.* (2020) Tlr0485 is a cAMP-activated c-di-GMP phosphodiesterase in a cyanobacterium Thermosynechococcus. Just Accepted to J. Gen. Appl. Microbiol. 66 (2): 147-152

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49. Kashimoto, T., Miyake, K., Sato, M., Maeda, K., Matsumoto, C., Ikeuchi, M., Toyooka, K., Watanabe, S., Kanesaki, Y.,* and Narikawa, R.* (2020) Acclimation process of the chlorophyll d-bearing cyanobacterium Acaryochloris marina to orange light environment revealed by transcriptomic analysis and electron microscopic observation. J. Gen. Appl. Microbiol., 66 (2): 106-115.

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修士で卒業した樫本くん筆頭著者、成川最終・責任著者論文がJ. Gen. Appl. Microbiol. 誌に受理されました。本論文では、Acaryochloris marinaの単色光（橙色光 or 遠赤色光）に対する順化応答について、RNA-seqや電顕観察を通じて解析しました。A. marinaにはフィコシアニンのメイン遺伝子が2コピーありますが、そのうちの1コピーのみの転写が橙色光に応答して誘導されていることを見出しました。興味深いことに、フィコシアニン遺伝子群は特定のプラスミドにのみコードされており、プラスミドにおける特異的な制御が存在することが期待されます。

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独立してから初めてのシアノバクテリアの生理学に関する論文で、成川研一期生である樫本くんが筆頭の論文です。また、うちメインとしては、初めて伏見さんが著者に入っていない論文となります。今後も、生理学系の論文を出していけるように頑張りたいと思います。

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2019

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48. Kuwasaki, Y., Miyake, K., Fushimi, K., Takeda, Y., Ueda, Y., Nakajima, T., Ikeuchi, M., Sato, M., and Narikawa, R.* (2019) Protein engineering of dual-Cys cyanobacteriochrome AM1_1186g2 for biliverdin incorporation and far-red/blue reversible photoconversion. Int. J. Mol. Sci.,20: 2935 

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学部で卒業した桑崎くん（現・東大博士一年）筆頭著者、成川最終・責任著者論文がInt. J. Mol. Sci. 誌に受理されました。伏見さんのPNA論文において、BV化することに失敗していたAM1_1186g2という分子に対して、構造情報や配列情報を基に変異を段階的に導入することで、BV結合能を付与した分子を開発することに成功しました。この分子は遠赤色光と青色光の間で可逆的光変換を示す非常にユニークな分子です。二つの吸収型のピーク波長の差は300 nm弱にまで至り、これまで知られている分子の中では最大です。遠赤色光吸収型から青色光吸収型への光変換が遅いという特徴がありますが、そこを改善することで、様々な応用利用が可能な分子になると期待しています。

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伏見さんの論文ありきの内容だったので、伏見さんの論文が受理されるまで、投稿することができず、桑崎くんには申し訳ない状況になりました。しかし、伏見さんの論文のすぐ後に受理されることができて良かったです。

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47. Fushimi, K., Miyazaki, T., Kuwasaki, Y., Nakajima, T., Yamamoto, T., Suzuki, K., Ueda, Y., Miyake, K., Takeda, Y., Choi, J.H., Kawagishi, H., Park, E.Y., Ikeuchi, M., Sato, M., and Narikawa, R.*  (2019) Rational conversion of chromophore selectivity of cyanobacteriochromes to accept mammalian intrinsic biliverdin. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 116 (17): 8301-8309

 

伏見さん筆頭著者、成川最終・責任著者論文がProc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 誌に掲載されました。伏見さんにとっても、当研究室にとってもマイルストーンとなると論文です。論文に到るまでの詳細はコラムをご参照ください。アカリオクロリス由来の例外的にビリベルジン（BV）を結合できるシアノバクテリオクルロムの配列とBVを結合できない分子の配列を比較することで、BV結合に必要な4アミノ酸残基を同定しました。また、BVを結合できるように改変した分子の結晶構造解明にも成功し、BVを結合するための分子基盤を解明しました。さらに、BVを結合し近赤外蛍光を発する分子を開発し、その分子を利用してマウス個体の肝臓を非侵襲的に可視化することに成功しました。

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この論文は、当研究室の多くの学生さんが寄与してくれて、また、東大・佐藤グループ、静大グリーン研のメンバーとの共同研究の成果でもあります。中でも、結晶構造解析に尽力してくれたグリーン研の宮崎さん、東大の皆さんには、当研究室では実施できない実験・分析を担当いただき、大変助かりました。

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2018

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46. Maeda, K., Tamura, J., Okuda, Y., Narikawa, R., Midorikawa, T., and Ikeuchi.* (2018) Genetic identification of factors for extracellular cellulose accumulation in the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus vulcanus: proposal of a novel tripartite secretion sytem. Mol. Microbiol., 109 (1): 121-134 

 

45. Hasegawa, M., Fushimi, K., Miyake, K., Nakajima, T., Oikawa, Y., Enomoto, G., Sato, M., Ikeuchi, M., and Narikawa, R.*  (2018) Molecular characterization of DXCF cyanobacteriochromes from the cyanobacterium Acaryochloris marina identifies a blue-light power sensor. J. Biol. Chem., 293 (5): 1713-1727

 

学部で卒業した長谷川さん（現・東大修士一年）筆頭著者、成川最終・責任著者論文がJ. Biol. Chem. 誌に受理されました。A. marinaに存在するDXCF型CBCRを網羅的に解析し、青／緑、青／ティール、緑／ティール、青／橙色光変換型に加え、青色光の強度を感知する受容体も同定しました。興味深いことに、この受容体の光強度感知には、Z/E異性化が伴わないことも示唆されました。これまで、開環テトラピロールを結合する光受容体は全て、光感知において、Z/E異性化を伴うことが知られており、この発見により、開環テトラピロール結合型光受容体の新たな可能性が提示されたと言えます。

 

また、Fushimi et al. (2016) Biochemistry, Fushimi et al. (2017) Photochem. Photobiol. において、それぞれ、緑色光強度受容体、赤色光強度受容体の同定を報告していたのですが、今回の報告で、青色光強度受容体を新たに同定することに成功したことになります。赤・緑・青と三色の強度センサーで三部作となりました。

 

静岡大学に着任して、最初の一年は学生さんが所属していなかったので、学生受け入れから3年弱となりますが、こちらでの学生さん筆頭著者論文が初めて受理されました！感慨深いですね。今後も、どんどん、学生さんとのコラボ論文を出していきたいと思います！今回の論文は、二人の査読者に回り、一人は指摘なし、もう一人は非常に多くの指摘、という極端な内容でした。後者の方も、基本的にポジティブな評価の上で、色々な指摘をしてくれたわけですが。同じ論文に対して、こうも触れ幅の大きい査読になるのは興味深いですねぇ。

 

2017

 

44. Scarbath-Evers, L., Jähnigen, S., Elgabarty, H., Song, C., Narikawa, R., Matysik, J., and Sebastiani, D.* (2017) Structural heterogeneity in parent ground-state structure in AnPixJg2 revealed by spectroscopy and theory. Phys. Chem. Chem. Phys., 19 (21): 13882-13894. 

 

43. Fushimi, K. , Ikeuchi, M., and Narikawa, R.* (2017) The expanded red/green cyanobacteriochrome lineage: An evolutionary hot spot. Photochem. Photobiol., 93 (3): 903-906.  

 

伏見さん筆頭著者、成川最終著者論文第四弾がPhotochem. Photobiol. 誌に受理されました。Nathan, Clarkらの論文の紹介記事としてのミニレビューですが、彼らの論文に基づいた実験をこちらで独自に行い、そのデータについても報告しています。タイトなスケジュールの中、伏見さんがハードワークしてくれました。XRG (expanded red/green) CBCRsの多様性について、先行研究も含めて総括した内容に仕上がったと自負しています。

 

42. Fushimi, K., Enomoto, G., Ikeuchi, M., and Narikawa, R.* (2017) Distinctive properties of dark reversion kinetics between two red/green-type cyanobacteriochromes and their application in the photoregulation of cAMP synthesis. Photochem. Photobiol., 93 (3): 681-691. 

 

伏見さん筆頭著者、成川最終著者論文第三弾がPhotochem. Photobiol. 誌に受理されました。僕が最初にシアノバクテリオクロムAnPixJについて報告したJ. Mol. Biol. 誌での論文（Narikawa et al. 2008 J. Mol. Biol.）においては、AnPixJには3つのシアノバクテリオクロム型GAFドメインが存在し、そのうちの二番目のGAFドメイント（AnPixJg2）と4番目のGAFドメイン（AnPixJg4）が色素を効率良く結合するものの、AnPixJg2のみがphotoactiveであると結論づけていました。しかし、その後、Nathan RockwellやClark Lagariasらのグループにより、2012年に、同じred/green型のシアノバクテリオクロムの中には、緑色光吸収型が不安定で、速やかに暗反転してしまうものが存在する、という報告がなされました。その後、暫く気づかずにいたのですが、ある時、AnPixJg4が光変換しないように見えたのは、実は暗反転が速かったからかも！？という可能性に気づき、実験を行ったところ、確かにそうだった、という流れで、この論文の骨子が作られました。その後、さらに、AnPixJg2とAnPixJg4の配列を比較し、暗反転に重要と考えられる6つのアミノ酸残基を見いだし、それらを全てAnPixJg2に導入することで、AnPixJg4までとは言えませんが、かなり暗反転速度が速いタンパク質（AnPixJg2_DR6）を創出することに成功しました。また、これらをベースに、cAMP合成酵素との融合タンパク質を作製することで、赤／緑色光変換型・赤色光・暗状態変換型cAMP合成システムを作ることに成功しています。これらのツールは、まだまだ改善の余地があるとは思いますが。

 

この論文は、2010年11月〜2011年1月まで短期留学先として滞在していたマックスプランク研究所のWolfgang Gärtnerさんが、今年、定年定職することになり、彼のこれまでの光化学・光生物学への貢献を労う特別号がPhotochemistry and Photobiology誌で企画され、その特別号へ投稿しないか？と声をかけられて、投稿したものになります。このような素晴らしい特別号に貢献することができて、とても嬉しいです。WolfgangさんはこれからもJörg Matysikさんのところで研究を暫く続けるそうです。

 

41. Fujisawa, T., Narikawa, R., Maeda, SI., Watanabe S., Kanesaki Y., Kobayashi, K., Nomata, J., Hanaoka, M., Watanabe M., Ehira, S., Suzuki, E., Awai, K., and Nakamura, Y.* (2017) CyanoBase: A large-scale update on its 20th anniversary. Nucleic Acids Res., 45 (D1): D551-D554.  

 

CyanoBase 20周年を期に大幅アップデートした論文です。15年間、大変お世話になったデータベースに貢献できて良かったです。

 

2016

 

40. Fushimi, K., Rockwell, N., Enomoto, G., Ni-Ni-Win, Martin, S., Gan, F., Bryant, DA., Ikeuchi, M., Lagarias, J. C., and Narikawa, R.* (2016) Cyanobacteriochrome photoreceptors lacking the canonical Cys residue. Biochemistry, 55 (50): 6981-6995. 

 

Clark Lagarias, Don Bryantとの共同研究の伏見さん筆頭著者、成川最終著者論文がBiochemistry誌に受理されました。これまでに知られているシアノバクテリオクロムは全て、Canonical Cysというアミノ酸が開環テトラピロールのA環に結合することで、色素を安定的に保持しているのですが、今回報告したシアノバクテリオクロム群では、そのCanonical Cysがないにも関わらず、光変換するものでした。これらのシアノバクテリオクロムにおいては、second Cysと呼ばれる別の場所に保存されたCys残基が色素に安定的に結合し、さらに、二つの光質の量比を感知するのではなく、緑色光の光量を感知する性質を持つことを明らかにしました。この仕事は、「Canonical Cysありき」というシアノバクテリオクロムのこれまでのドグマを覆す内容であり、別の新たな光受容体の存在も示唆する内容になっていると思います。メインの図13個、サプリの図6個とかなり盛りだくさんで、かつ、グラフばかりの論文ですが、興味のある方は読んでいただければ幸いです。

 

最初に配列がユニークということで、駒場時代にタンパク質の発現を行い、大量に色のついたサンプルは取得できたものの、光照射後にスペクトルを測定しても変化が見られず、長い間お蔵入りされていました。しかし、論文発表の順番は逆になってしまいましたが、AnPixJg4が暗反転型であることに気づいた時、このタンパク質もひょっとすると暗反転型かもしれない、と思い至り、フリーザーに長いこと眠っていたサンプルを出して測定して判明した経緯があります。

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39. Fushimi, K., Nakajima, T., Aono, Y., Yamamoto, T., Ni-Ni-Win, Ikeuchi, M., Sato, M., and Narikawa, R.* (2016) Photoconversion and fluorescence properties of a red/green-type cyanobacteriochrome AM1_C0023g2 that binds not only phycocyanobilin but also biliverdin. Front. Microbiol., 7: 588 

http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fmicb.2016.00588/abstract

 

伏見さん筆頭著者、成川最終著者論文第一弾が無事、Front. Microbiol. 誌アクセプトされました。この論文では、アカリオクロリス由来のred/green-type CBCRとして、第三のBV結合能を持つGAFドメイン・AM1_C0023g2の分光特性を解析しました。これまでにBVを結合することが分かっているAM1_1557g2やAM1_1870g3に比べて、BVの結合効率が高いことが分かりました。また、部位特異的変異導入により、さらに結合効率を高めつつ、大腸菌内での発現効率を大幅に改善することにも成功しました。これらの改善により、BV結合型AM1_C0023g2が、オプトジェネティクスにおける遠赤色光スイッチの開発プラットフォームとして優れていると考えています。また、このAM1_C0023g2を哺乳類の培養細胞・HeLa細胞に導入し、PCBを添加することで、遠赤色蛍光を検出することに成功しました。こちらに関しては、蛍光プローブの開発プラットフォームとして有望と期待しています。

 

この論文は、実験の準備は東大駒場在籍時に行われましたが、実際の研究内容は静岡大学に来てから主に行ったものです。静岡大学での二年間の成果をまず、報告できて中々に感慨深いですね。また、ラボスタート時から一緒に働いてくれている研究員・伏見さんの筆頭著者論文第一弾でもあります。僕にとっても、最終著者論文デビュー作となります！

 

38. Nagao, R.*, Tomo, T., Narikawa, R., Enami, I., and Ikeuchi, M. (2016) Conversion of photosystem II dimer to monomers during photoinhibition is tightly coupled with decrease in oxygen-evolving activity in the diatom Chaetoceros gracilis. Photosyn. Res., 130: 83-91 

 

 

2015

 

37. Song, C., Velazquez Escobar, F.J., Xu, X.L., Narikawa, R., Ikeuchi, M., Siebert, F., Gärtner, W., Matysik, J., and Hildebrandt, P.* (2015) A red/green cyanobacteriochrome sustains its color despite a change of the bilin chromophore's protonation state. Biochemistry, 54 (38): 5839-5848

 

ドイツ・オランダとの共同研究第二報目。NMR論文。PCBの窒素にのみ同位体ラベルを入れてアポタンパク質と再構成し、その解析をすることで、PCBの窒素の動きを解析しました。Pg型において、B環の窒素にプロトンが付加したものと付加していないものが、再構成のやり方の違いで見つかりましたが、その両者で分光的特性が変わらないことが分かり、プロトンの付加状態は、Pg型の分光特性には関係ないことが分かりました。

 

36. Song, C., Narikawa, R., Ikeuchi, M., Gärtner, W., and Matysik, J.* (2015) Color tuning in red/green cyanobacteriochrome AnPixJ: Photoisomerization at C15 causes an excited-state destabilization. J. Phys. Chem. B, 119 (30): 9688-9695

 

ドイツ・オランダとの共同研究第一報目。NMR論文。PCBの炭素にのみ同位体ラベルを入れてアポタンパク質と再構成し、その解析をすることで、PCBの炭素の動きを解析しました。活性化状態の不安定化により、緑色光吸収型が形成されることが示唆されました。

 

35. Enomoto, G., Ni-Ni-Win, Narikawa,R., Ikeuchi, M.* (2015) Three cyanobacteriochromes work together to form a light color-sensitive input system of c-di-GMP signaling of cell aggregation. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 112 (26): 8082-8087

 

34. Narikawa, R.*, Fushimi, K., Ni-Ni-Win, and Ikeuchi, M. (2015) Red-shifted red/green-type cyanobacteriochrome AM1_1870g3 from the chlorophyll d-bearing cyanobacterium Acaryochloris marina. Biochem. Biophys. Res. Commun., 461 (2): 390-5

 

BV結合型シアノバクテリオクロムの二報目です。アカリオクロリスのR/G型シアノバクテリオクロムGAFドメイン、AM1_1870g3は、結合効率は低いものの、やはりPCBとBVの両方を結合しました。さらに、PCB結合型もBV結合型もAM1_1557g2よりも10-20 nmほど長波長シフトしており、差スペクトルでは、Pfr型のピークは、713 nmまで到達しています。この性質は、オプトジェネティクスなどへの応用にとても有用であると期待できます。

 

この論文は、当初、参加した国際学会のSpecial Issueに投稿したのですが、あまりに雑誌のScopeとずれていたせいか、rejectされてしまいました。そこで、BBRCに投稿したのですが、非常にプロセスが早く、reviseなしで、2-3日でacceptされました。これまで、reviseなしでacceptしてもらったことはなかったので、非常に驚きました。

 

33. Maeda, K., Narikawa, R., and Ikeuchi, M.* (2015) Measurement of nucleotide triphosphate sugar transferase activity via generation of pyrophosphate. Bio-Protocol, 5 (8): e1450

 

32. Narikawa, R.*, Nakajima, T., Aono, Y., Fushimi, K., Enomoto, G., Ni-Ni-Win, Itoh, S., Sato, M., and Ikeuchi, M. (2015) A biliverdin-binding cyanobacteriochrome from the chlorophyll d–bearing cyanobacterium Acaryochloris marina. Sci. Rep., 5: 7950

 

世界で初めて、ビリベルジンが結合するシアノバクテリオクロムを発見しました。ビリベルジンを結合したシアノバクテリオクロムは、遠赤色光と橙色光の間で光変換し、遠赤色光吸収型は、微弱ながら蛍光を発しました。このシアノバクテリオクロムは、光合成反応中心色素が、通常のシアノバクテリアが持つクロロフィルaよりも長波長であるクロロフィルdであるアカリオクロリスから得られたものですので、遠赤色光を感知する性質が、アカリオクロリスの光合成特性とよく合致しており、生理的にも重要な役割を果たしている可能性を期待しています。また、遠赤色光は動物個体の奥深い組織まで浸透しやすい光であるため、動物などにおけるオプトジェネティクスや蛍光イメージングのための光スイッチ・蛍光プローブとして、開発可能であると考えています。

 

2013年に掲載されたPNAS論文のリバイスのために行った実験で、予想外の結果が得られ、そこから発展した研究です。こちらも東京大学時代に行った実験がメインですが、やはり、静岡大学で行った実験も含まれます。また、2013年の5月から共同研究を始めた、東大駒場の佐藤守俊先生のグループとの共著論文第一報目となります。この論文は、一人のreviewerからは特に絶賛で、"marvelous discovery"、"I congratulate the authors in their acumen"、"the current report represents a significant breakthrough whose far-reaching relevance and importance can hardly be overstated"といった非常に素晴らしいコメントをいただけました。やはり、同業者に認められるのは何より嬉しいですよね！

 

 

2014

 

31. Enomoto, G., Nomura R., Shimada, T., Ni-Ni-Win, Narikawa, R., and Ikeuchi, M.* (2014) Cyanobacteriochrome SesA is a diguanylate cyclase that regulates cell aggregation in Thermosynechococcus. J. Biol. Chem., 289 (36): 24801-24809

 

30. Narikawa, R.*, Enomoto, G., Ni-Ni-Win, Fushimi, K., and Ikeuchi, M. (2014) A new dual-Cys cyanobacteriochrome GAF domain found in cyanobacterium Acaryochloris marina, which has an unusual red/blue reversible photoconversion cycle. Biochemistry, 53 (31): 5051-5059

 

シアノバクテリアAcaryochloris marinaにおいて、AnPixJg2のようなred/green型CBCR GAFドメインが5つ存在しますが、その一つ、AM1_1186g2では、面白いことに、赤色光吸収型（Pr）はAnPixJg2のPrと非常によく似ているが、赤色光照射により、緑色光吸収型ではなく、青色光吸収型（Pb）へと変換しました。 さらに、Pr -> Pb光変換過程で、橙色光を吸収する中間体（Io）が見いだされた。これらの吸収型の産生変性スペクトル解析から、赤色光照射により、まずは Z->E変換に伴ったIoの形成が起こり、その後、ゆっくりとPbの形成が起こることが明らかとなりました。また、ヨードアセトアミドによる化学修 飾や 部位特異的変異導入解析により、今までに知られていないCys残基が、Pb型において色素と共有結合を形成することで短波長シフトが起こることが示唆され ました。また、そのCys残基の隣に存在するPro残基に変異を導入することで、中間体の形成が見られなくなり、Pro残基がCys残基と色素との間の結合形成を遅くしていることが示唆されました。

 

この研究は、ほとんどの実験が東京大学時代に行われたものですが、一部、静岡大学に着任してから研究室を立ち上げて行った実験も含まれます。その意味で、独立後最初の論文ということで、感慨深いです。この研究は、当初、Acaryochlorisが通常の光合成生物よりも長波長の光を光合成に用いているので、他のシアノバクテリア由来のCBCRよりも、長波長の光を感知する光センサーがあるのではないか、との仮説を基に研究を始めたのですが、意外なことに、寧ろ、短波長の光を感知するセンサーが見つかった、という経緯です。最初に光変換を観察した時は、非常にびっくりしましたが、その意外性から、新たな作業仮説を設定し、それを検証する実験過程はとても楽しかったです。2013年の夏頃に研究を着想し、秋頃にプライマーを設計し、実験を開始しました。その意味で、これまでの成川の研究としては、最速と言える速度で論文化まで至った例です（これまでが遅筆であったという部分も大きいのですが・・・）。

 

29. Maeda, K., Narikawa, R., and Ikeuchi, M.* (2014) CugP is a novel ubiquitous non-GalU-type bacterial UDP-glucose pyrophosphorylases found in cyanobacteria. J. Bacteriol., 196 (13): 2348-2354

 

28. Watanabe, M., Semchonok, DA., Webber-Birungi, MT., Ehira, S., Kondo, K., Narikawa, R., Ohmori, M., Boekema, EJ., Ikeuchi, M.* (2014) Attachment of phycobilisomes in an antenna-photosystem I supercomplex of cyanobacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 111 (7): 2512-2517