シアノバクテリアフィトクロムとシアノバクテリオクロムのカラーセンシングとシグナル伝達の多様性

Color Sensing and Signal Transmission Diversity of Cyanobacterial Phytochromes and Cyanobacteriochromes.

• Yvette Villafani
• Hee Wook Yang
• Youn-Il Park

抄録

光の質、量、タイミングの変動を感知するために、高等植物はUVR8（UV-B光受容体）、クリプトクロム、フォトトロピン、フィトクロムを含む多様な光受容体を進化させてきた（Phys）。植物とは異なり、原核生物の酸素発生光合成生物であるシアノバクテリアは、植物のPhysとは構造的にも機能的にも異なるビリン系の光受容体、すなわちシアノバクテリアフィトクロム（Cphs）とシアノバクテリオクロム（CBCR）に大部分を依存しています。 CBCRは、多様な色調整機構と信号伝達経路を持つ多様な光感知領域から構成されており、シアノバクテリアはUV-A光、可視光、遠赤光に応答することができます。最近の糸状藍藻のゲノム調査により、より広範な色素結合特異性と光サイクルプロトクロミシティを有する新規なCBCRが明らかになった。さらに、青紫色や黄橙色の光を吸収する新規Cphの系統が同定された。本ミニレビューでは、CphとCBCRのカラーセンシングと信号伝達機構の多様性について、オプトジェネティクスの分野での応用の可能性とともに簡単に述べる。

To perceive fluctuations in light quality, quantity, and timing, higher plants have evolved diverse photoreceptors including UVR8 (a UV-B photoreceptor), cryptochromes, phototropins, and phytochromes (Phys). In contrast to plants, prokaryotic oxygen-evolving photosynthetic organisms, cyanobacteria, rely mostly on bilin-based photoreceptors, namely, cyanobacterial phytochromes (Cphs) and cyanobacteriochromes (CBCRs), which exhibit structural and functional differences compared with plant Phys. CBCRs comprise varying numbers of light sensing domains with diverse color-tuning mechanisms and signal transmission pathways, allowing cyanobacteria to respond to UV-A, visible, and far-red lights. Recent genomic surveys of filamentous cyanobacteria revealed novel CBCRs with broader chromophore-binding specificity and photocycle protochromicity. Furthermore, a novel Cph lineage has been identified that absorbs blue-violet/yellow-orange light. In this minireview, we briefly discuss the diversity in color sensing and signal transmission mechanisms of Cphs and CBCRs, along with their potential utility in the field of optogenetics.