海産ピコアルガOstreococcus tauri由来ヒスチジンキナーゼロドプシンOt-HKRの光反応（英文

Photoreactions of the Histidine Kinase Rhodopsin Ot-HKR from the Marine Picoalga Ostreococcus tauri.

• Meike Luck
• Francisco Velázquez Escobar
• Kathrin Glass
• Mareike-Isabel Sabotke
• Rolf Hagedorn
• Florence Corellou
• Friedrich Siebert
• Peter Hildebrandt
• Peter Hegemann

抄録

タウラグーンに生息する小型のピコアルガ、オストレオコッカス・タウリは海洋植物プランクトンの一種である。真核生物の光合成細胞としての基本的な機能を持ちながら、ゲノムが非常に小さく、細胞サイズが小さいことから、光合成や概日時計関連の研究のモデル生物として注目されている。本研究では、オストレオコッカスのサーカディアンクロックの光誘起同調に関与していると考えられるヒスチジンキナーゼロドプシンOt-HKRの光受容体ドメインの分光学的性質を解析した。我々は、ロドプシン、Ot-Rh、暗黒状態が505 nmで最大吸収することを発見した。緑・橙色の光を照射すると、脱プロトン化シッフ塩基を持つ青色にシフトしたM状態のような吸光形態が蓄積することがわかった。このOt-Rh P400状態は数分という異常に長い寿命を持っていた。また、青色/UVA光を照射すると、赤色にシフトした吸光度を持つ第二の長寿命光生成物P560が蓄積した。その結果、ロドプシンのフォトクロミシティは、シグナルを伝達するHKRドメインの分子制御要素としての機能に有利に働くことが期待される。光の強度や青対緑の光の比率は、長生き吸光形態のロドプシン分子の比率によって反射されるため、ロドプシンのフォトクロミシティは、光の強度や青対緑の光の比率に応じて変化する。さらに、暗黒状態の吸光度と光サイクル動態は、環境の塩分量によって実質的に変化する。これは、暗黒状態では陰イオンが結合し、光サイクル中には陰イオンが一過性に放出されるためと考えられ、塩分が光誘起過程に影響を与えていることを示唆している。

The tiny picoalga, Ostreococcus tauri, originating from the Thau Lagoon is a member of the marine phytoplankton. Because of its highly reduced genome and small cell size, while retaining the fundamental requirements of a eukaryotic photosynthetic cell, it became a popular model organism for studying photosynthesis or circadian clock-related processes. We analyzed the spectroscopic properties of the photoreceptor domain of the histidine kinase rhodopsin Ot-HKR that is suggested to be involved in the light-induced entrainment of the Ostreococcus circadian clock. We found that the rhodopsin, Ot-Rh, dark state absorbs maximally at 505 nm. Exposure to green-orange light led to the accumulation of a blue-shifted M-state-like absorbance form with a deprotonated Schiff base. This Ot-Rh P400 state had an unusually long lifetime of several minutes. A second long-living photoproduct with a red-shifted absorbance, P560, accumulated upon illumination with blue/UVA light. The resulting photochromicity of the rhodopsin is expected to be advantageous to its function as a molecular control element of the signal transducing HKR domains. The light intensity and the ratio of blue vs green light are reflected by the ratio of rhodopsin molecules in the long-living absorbance forms. Furthermore, dark-state absorbance and the photocycle kinetics vary with the salt content of the environment substantially. This observation is attributed to anion binding in the dark state and a transient anion release during the photocycle, indicating that the salinity affects the photoinduced processes.