2025/11/28 更新

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ヨシダ ケイスケ
吉田 啓亮
YOSHIDA KEISUKE
所属
総合研究院 化学生命科学研究所 准教授
職名
准教授
外部リンク

News & Topics

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News & Media

学位

  • 博士(理学) ( 大阪大学 )

研究キーワード

  • オルガネラ

  • レドックス

  • 植物

  • 光合成

研究分野

  • ライフサイエンス / 植物分子、生理科学

学歴

  • 大阪大学   理学研究科   生物科学専攻

    2003年4月 - 2008年3月

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  • 茨城大学   理学部   地球生命環境科学科

    1999年4月 - 2003年3月

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経歴

  • 東京科学大学   総合研究院 化学生命科学研究所   准教授

    2024年10月 - 現在

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院 化学生命科学研究所   准教授

    2021年10月 - 現在

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院 化学生命科学研究所   助教

    2016年4月 - 2021年9月

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  • 東京工業大学   資源化学研究所   助教

    2012年4月 - 2016年3月

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  • 日本学術振興会   特別研究員   PD

    2010年4月 - 2012年3月

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  • 東京工業大学   資源化学研究所   博士研究員

    2009年4月 - 2010年3月

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  • 日本学術振興会   特別研究員   PD

    2008年4月 - 2009年3月

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  • 日本学術振興会   特別研究員   DC2

    2007年4月 - 2008年3月

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所属学協会

委員歴

  • 光合成学会   常任幹事  

    2025年1月 - 現在   

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  • 光合成学会   編集委員  

    2025年1月 - 現在   

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  • 東京科学大学   生命理工国際シンポジウム実行委員  

    2025年1月 - 2026年1月   

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  • アジアオセアニア国際光合成会議   セッションチェア  

    2024年9月   

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  • 日本植物学会   第88回大会実行委員  

    2024年   

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    団体区分:学協会

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  • Taiwan-Japan Joint Seminar on Photosynthesis Research for Young Researchers 2023   オーガナイザー  

    2023年10月   

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  • Taiwan-Japan Plant Biology 2023   セッションチェア  

    2023年10月   

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  • 日本植物学会   選挙管理委員  

    2022年 - 2024年   

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  • 日本光合成学会   第12回年会 実行委員  

    2022年   

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  • 日本植物生理学会   第62回年会 シンポジウムオーガナイザー  

    2021年   

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  • 日本植物学会   第79回大会 シンポジウムオーガナイザー  

    2015年   

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  • 日本植物学会   第78回大会 大会実行委員  

    2014年   

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論文

  • Plastidial phosphoglucose isomerase undergoes thioredoxin-mediated redox modification without altering catalytic activity. 国際誌

    Subaru Nishide, Kosuke Fujii, Keisuke Yoshida

    The Biochemical journal   2025年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Thioredoxin (Trx)-mediated redox regulation is a posttranslational mechanism that controls enzyme activity by reversibly switching the oxidation/reduction states of Cys residues. In plant cells, numerous enzymes across diverse biological systems have been suggested as targets of redox regulation; however, a complete understanding is lacking. In this study, we report that phosphoglucose isomerase (PGI) in plastids represents a novel class of redox-sensitive enzymes. PGI catalyzes the reversible interconversion of fructose 6-phosphate and glucose 6-phosphate and operates at the branch point between the Calvin-Benson cycle and the starch synthesis pathway in plastids. Using an affinity chromatography-based method, we found that plastidial PGI physically interacts with Trx in a redox-dependent manner. In vitro assays with recombinant proteins from Arabidopsis thaliana revealed that plastidial, but not cytosolic, PGI forms an intramolecular disulfide bond. Among plastid-localized Trx subtypes, the f- and m-types were more effective in reductively cleaving the disulfide bond. MS-based peptide mapping, site-directed mutagenesis, and structural modeling identified the redox-active Cys pair. Furthermore, in vivo analysis using Arabidopsis leaves showed that plastidial PGI is converted from oxidized to reduced states upon illumination, which absolutely depends on the Trx system. Notably, despite these redox modifications, PGI catalytic activity remained nearly identical in both states. Although PGI activity was affected by some metabolites and pH, it showed no sensitivity to redox state. Our findings demonstrate that plastidial PGI is a redox-sensitive enzyme but functionally uncoupled from activity modulation.

    DOI: 10.1042/BCJ20253425

    PubMed

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  • Photoinhibition risk in marimo (Aegagropila brownii) during ice transition periods based on field observations and laboratory assessments

    Masaru Kono, Akina Obara, Yoshihiro Suzuki, Akitoshi Iwamoto, Keisuke Yoshida, Yoichi Oyama

    PHYCOLOGICAL RESEARCH   73 ( 4 )   320 - 331   2025年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1111/pre.70013

    Web of Science

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  • Diversity and Distribution of Thioredoxin Family Proteins in Photosynthetic Organisms.

    Taichi Sugiyama, Keisuke Yoshida

    Plant & cell physiology   2025年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcaf073

    PubMed

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  • Plastidial thioredoxin-like proteins are essential for normal embryogenesis and seed development in Arabidopsis thaliana 査読

    Yuka Fukushi, Yuichi Yokochi, Toru Hisabori, Keisuke Yoshida

    Journal of Plant Research   138 ( 2 )   337 - 345   2024年12月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    Thiol/disulfide-based redox regulation is a key mechanism for modulating protein functions in response to changes in cellular redox status. Two thioredoxin (Trx)-like proteins [atypical Cys His-rich Trx (ACHT) and Trx-like2 (TrxL2)] have been identified as crucial for oxidizing and deactivating several chloroplast enzymes during light-to-dark transitions; however, their roles remain to be fully understood. In this study, we investigated the functions of Trx-like proteins in seed development. Using the CRISPR/Cas9 system, we generated an Arabidopsis quadruple mutant defective in ACHT1, ACHT2, TrxL2.1, and TrxL2.2 (acht/trxl2). This mutant showed increased seed lethality prior to maturation, with embryogenesis impaired primarily during the heart and torpedo stages, which are critical phases for plastid differentiation into chloroplasts. Using transgenic plants expressing EGFP-fused proteins, we confirmed that ACHT and TrxL2 are localized in plastids during embryogenesis. Additionally, seed development in the acht/trxl2 mutant was further impaired under extended darkness and could not be recovered through complementation with variants of ACHT or TrxL2 lacking the redox-active Cys residue (replaced by Ser). These findings indicate that the protein-oxidation functions of ACHT and TrxL2 are important for plastid differentiation into chloroplasts, embryogenesis, and seed development.

    DOI: 10.1007/s10265-024-01611-7

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    その他リンク: https://link.springer.com/article/10.1007/s10265-024-01611-7/fulltext.html

  • Proton gradient across the chloroplast thylakoid membrane governs the redox regulatory function of ATP synthase

    Takatoshi Sekiguchi, Keisuke Yoshida, Ken-ichi Wakabayashi, Toru Hisabori

    Journal of Biological Chemistry   107659 - 107659   2024年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.jbc.2024.107659

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  • Overexpression of thioredoxin-like protein ACHT2 leads to negative feedback control of photosynthesis in Arabidopsis thaliana 査読

    Yuka Fukushi, Yuichi Yokochi, Toru Hisabori, Keisuke Yoshida

    Journal of Plant Research   137 ( 3 )   445 - 453   2024年2月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    Thioredoxin (Trx) is a small redox mediator protein involved in the regulation of various chloroplast functions by modulating the redox state of Trx target proteins in ever-changing light environments. Using reducing equivalents produced by the photosynthetic electron transport chain, Trx reduces the disulfide bonds on target proteins and generally turns on their activities. While the details of the protein-reduction mechanism by Trx have been well investigated, the oxidation mechanism that counteracts it has long been unclear. We have recently demonstrated that Trx-like proteins such as Trx-like2 and atypical Cys His-rich Trx (ACHT) can function as protein oxidation factors in chloroplasts. Our latest study on transgenic Arabidopsis plants indicated that the ACHT isoform ACHT2 is involved in regulating the thermal dissipation of light energy. To understand the role of ACHT2 in vivo, we characterized phenotypic changes specifically caused by ACHT2 overexpression in Arabidopsis. ACHT2-overexpressing plants showed growth defects, especially under high light conditions. This growth phenotype was accompanied with the impaired reductive activation of Calvin–Benson cycle enzymes, enhanced thermal dissipation of light energy, and decreased photosystem II activity. Overall, ACHT2 overexpression promoted protein oxidation that led to the inadequate activation of Calvin–Benson cycle enzymes in light and consequently induced negative feedback control of the photosynthetic electron transport chain. This study highlights the importance of the balance between protein reduction and oxidation in chloroplasts for optimal photosynthetic performance and plant growth.

    DOI: 10.1007/s10265-024-01519-2

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    その他リンク: https://link.springer.com/article/10.1007/s10265-024-01519-2/fulltext.html

  • Divergent Protein Redox Dynamics and Their Relationship with Electron Transport Efficiency during Photosynthesis Induction 査読

    Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    Plant and Cell Physiology   65 ( 5 )   737 - 747   2024年2月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

    Abstract

    Various chloroplast proteins are activated/deactivated during the light/dark cycle via the redox regulation system. Although the photosynthetic electron transport chain provides reducing power to redox-sensitive proteins via the ferredoxin (Fd)/thioredoxin (Trx) pathway for their enzymatic activity control, how the redox states of individual proteins are linked to electron transport efficiency remains uncharacterized. Here we addressed this subject with a focus on the photosynthetic induction phase. We used Arabidopsis plants, in which the amount of Fd–Trx reductase (FTR), a core component in the Fd/Trx pathway, was genetically altered. Several chloroplast proteins showed different redox shift responses toward low- and high-light treatments. The light-dependent reduction of Calvin–Benson cycle enzymes fructose 1,6-bisphosphatase (FBPase) and sedoheptulose 1,7-bisphosphatase (SBPase) was partially impaired in the FTR-knockdown ftrb mutant. Simultaneous analyses of chlorophyll fluorescence and P700 absorbance change indicated that the induction of the electron transport reactions was delayed in the ftrb mutant. FTR overexpression also mildly affected the reduction patterns of FBPase and SBPase under high-light conditions, which were accompanied by the modification of electron transport properties. Accordingly, the redox states of FBPase and SBPase were linearly correlated with electron transport rates. In contrast, ATP synthase was highly reduced even when electron transport reactions were not fully induced. Furthermore, the redox response of proton gradient regulation 5-like photosynthetic phenotype1 (PGRL1; a protein involved in cyclic electron transport) did not correlate with electron transport rates. Our results provide insights into the working dynamics of the redox regulation system and their differential associations with photosynthetic electron transport efficiency.

    DOI: 10.1093/pcp/pcae013

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    その他リンク: https://academic.oup.com/pcp/article-pdf/65/5/737/58008537/pcae013.pdf

  • The phosphorylated pathway of serine biosynthesis affects sperm, embryo, and sporophyte development, and metabolism in Marchantia polymorpha 査読

    Mengyao Wang, Hiromitsu Tabeta, Kinuka Ohtaka, Ayuko Kuwahara, Ryuichi Nishihama, Toshiki Ishikawa, Kiminori Toyooka, Mayuko Sato, Mayumi Wakazaki, Hiromichi Akashi, Hiroshi Tsugawa, Tsubasa Shoji, Yozo Okazaki, Keisuke Yoshida, Ryoichi Sato, Ali Ferjani, Takayuki Kohchi, Masami Yokota Hirai

    Communications Biology   7 ( 1 )   2024年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    Serine metabolism is involved in various biological processes. Here we investigate primary functions of the phosphorylated pathway of serine biosynthesis in a non-vascular plant Marchantia polymorpha by analyzing knockout mutants of MpPGDH encoding 3-phosphoglycerate dehydrogenase in this pathway. Growth phenotypes indicate that serine from the phosphorylated pathway in the dark is crucial for thallus growth. Sperm development requires serine from the phosphorylated pathway, while egg formation does not. Functional MpPGDH in the maternal genome is necessary for embryo and sporophyte development. Under high CO2 where the glycolate pathway of serine biosynthesis is inhibited, suppressed thallus growth of the mutants is not fully recovered by exogenously-supplemented serine, suggesting the importance of serine homeostasis involving the phosphorylated and glycolate pathways. Metabolomic phenotypes indicate that the phosphorylated pathway mainly influences the tricarboxylic acid cycle, the amino acid and nucleotide metabolism, and lipid metabolism. These results indicate the importance of the phosphorylated pathway of serine biosynthesis in the dark, in the development of sperm, embryo, and sporophyte, and metabolism in M. polymorpha.

    DOI: 10.1038/s42003-023-05746-6

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    その他リンク: https://www.nature.com/articles/s42003-023-05746-6

  • Current Insights into the Redox Regulation Network in Plant Chloroplasts 招待 査読

    Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    Plant and Cell Physiology   64 ( 7 )   704 - 715   2023年5月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

    Abstract

    Thiol/disulfide-based redox regulation is a ubiquitous post-translational protein modification. In plant chloroplasts, this regulatory mechanism is tightly associated with the light-dependent activation of photosynthetic enzymes (e.g. Calvin–Benson cycle enzymes). A thioredoxin (Trx)-mediated pathway was discovered to transmit light signals as a reducing power about half a century ago; since then, it has been accepted as the basic machinery of chloroplast redox regulation. However, during the past two decades, it has been increasingly apparent that plants have acquired multiple Trx isoforms and Trx-like proteins in chloroplasts. Furthermore, proteomics-based analyses have identified various chloroplast enzymes as potential targets of redox regulation. These facts highlight the necessity to revisit the molecular basis and physiological importance of the redox regulation system in chloroplasts. Recent studies have revealed novel aspects of this system, including unprecedented redox-regulated processes in chloroplasts and the functional diversity of Trx family proteins. Of particular significance is the identification of protein-oxidizing pathways that turn off photosynthetic metabolism during light-to-dark transitions. In this review, we summarize current insights into the redox regulation network in chloroplasts.

    DOI: 10.1093/pcp/pcad049

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    その他リンク: https://academic.oup.com/pcp/article-pdf/64/7/704/50898818/pcad049.pdf

  • Cystathionine-β-synthase X proteins negatively regulate NADPH-thioredoxin reductase C activity 査読

    Chau M. Tran, Shoko Mihara, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    Biochemical and Biophysical Research Communications   653   47 - 52   2023年4月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.02.055

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  • Chloroplast translation factor EF-Tu of Arabidopsis thaliana can be inactivated via oxidation of a specific cysteine residue

    Machi Toriu, Momoka Horie, Yuka Kumaki, Taku Yoneyama, Shin Kore-eda, Susumu Mitsuyama, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori, Yoshitaka Nishiyama

    Biochemical Journal   2023年2月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Portland Press Ltd.  

    Translational elongation factor EF-Tu, which delivers aminoacyl-tRNA to the ribosome, is susceptible to inactivation by reactive oxygen species (ROS) in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. However, the sensitivity to ROS of chloroplast-localized EF-Tu (cpEF-Tu) of plants remains to be elucidated. In the present study, we generated a recombinant cpEF-Tu protein of Arabidopsis thaliana and examined its sensitivity to ROS in vitro. In cpEF-Tu that lacked a bound nucleotide, one of the two cysteine residues, Cys149 and Cys451, in the mature protein was sensitive to oxidation by H2O2, with the resultant formation of sulfenic acid. The translational activity of cpEF-Tu, as determined with an in vitro translation system, derived from Escherichia coli, that had been reconstituted without EF-Tu, decreased with the oxidation of a cysteine residue. Replacement of Cys149 with an alanine residue rendered cpEF-Tu insensitive to inactivation by H2O2, indicating that Cys149 might be the target of oxidation. By contrast, cpEF-Tu that had bound either GDP or GTP was less sensitive to oxidation by H2O2 than nucleotide-free cpEF-Tu. Addition of thioredoxin f1, a major thioredoxin in the Arabidopsis chloroplast, to oxidized cpEF-Tu allowed the reduction of Cys149 and the reactivation of cpEF-Tu, suggesting that the oxidation of cpEF-Tu might be a reversible regulatory mechanism that suppresses the chloroplast translation system in a redox-dependent manner.

    DOI: 10.1042/bcj20220609

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  • Two specific domains of the γ subunit of chloroplast F o F 1 provide redox regulation of the ATP synthesis through conformational changes

    Kentaro Akiyama, Shin-Ichiro Ozawa, Yuichiro Takahashi, Keisuke Yoshida, Toshiharu Suzuki, Kumiko Kondo, Ken-ichi Wakabayashi, Toru Hisabori

    Proceedings of the National Academy of Sciences   120 ( 6 )   2023年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences  

    <jats:p>
    Chloroplast F
    <jats:sub>o</jats:sub>
    F
    <jats:sub>1</jats:sub>
    -ATP synthase (CF
    <jats:sub>o</jats:sub>
    CF
    <jats:sub>1</jats:sub>
    ) converts proton motive force into chemical energy during photosynthesis. Although many studies have been done to elucidate the catalytic reaction and its regulatory mechanisms, biochemical analyses using the CF
    <jats:sub>o</jats:sub>
    CF
    <jats:sub>1</jats:sub>
    complex have been limited because of various technical barriers, such as the difficulty in generating mutants and a low purification efficiency from spinach chloroplasts. By taking advantage of the powerful genetics available in the unicellular green alga
    <jats:italic>Chlamydomonas reinhardtii</jats:italic>
    , we analyzed the ATP synthesis reaction and its regulation in CF
    <jats:sub>o</jats:sub>
    CF
    <jats:sub>1</jats:sub>
    . The domains in the γ subunit involved in the redox regulation of CF
    <jats:sub>o</jats:sub>
    CF
    <jats:sub>1</jats:sub>
    were mutated based on the reported structure. An in vivo analysis of strains harboring these mutations revealed the structural determinants of the redox response during the light/dark transitions. In addition, we established a half day purification method for the entire CF
    <jats:sub>o</jats:sub>
    CF
    <jats:sub>1</jats:sub>
    complex from
    <jats:italic>C. reinhardtii</jats:italic>
    and subsequently examined ATP synthesis activity by the acid–base transition method. We found that truncation of the β-hairpin domain resulted in a loss of redox regulation of ATP synthesis (i.e., constitutively active state) despite retaining redox-sensitive Cys residues. In contrast, truncation of the redox loop domain containing the Cys residues resulted in a marked decrease in the activity. Based on this mutation analysis, we propose a model of redox regulation of the ATP synthesis reaction by the cooperative function of the β-hairpin and the redox loop domains specific to CF
    <jats:sub>o</jats:sub>
    CF
    <jats:sub>1</jats:sub>
    .
    </jats:p>

    DOI: 10.1073/pnas.2218187120

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  • The ferredoxin/thioredoxin pathway constitutes an indispensable redox-signaling cascade for light-dependent reduction of chloroplast stromal proteins 査読

    Keisuke Yoshida, Yuichi Yokochi, Kan Tanaka, Toru Hisabori

    Journal of Biological Chemistry   298 ( 12 )   102650 - 102650   2022年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102650

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  • Dissipation of the proton electrochemical gradient in chloroplasts promotes the oxidation of ATP synthase by thioredoxin-like proteins

    Takatoshi Sekiguchi, Keisuke Yoshida, Ken-Ichi Wakabayashi, Toru Hisabori

    Journal of Biological Chemistry   102541 - 102541   2022年9月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102541

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  • The Importance of the C-Terminal Cys Pair of Phosphoribulokinase in Phototrophs in Thioredoxin-Dependent Regulation.

    Kazuha Fukui, Keisuke Yoshida, Yuichi Yokochi, Takatoshi Sekiguchi, Ken-Ichi Wakabayashi, Toru Hisabori, Shoko Mihara

    Plant & cell physiology   63 ( 6 )   855 - 868   2022年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Phosphoribulokinase (PRK), one of the enzymes in the Calvin-Benson cycle, is a well-known target of thioredoxin (Trx), which regulates various enzyme activities by the reduction of disulfide bonds in a light-dependent manner. PRK has two Cys pairs conserved in the N-terminal and C-terminal regions, and the N-terminal one near the active site is thought to be responsible for the regulation. The flexible clamp loop located between the N-terminal two Cys residues has been deemed significant to Trx-mediated regulation. However, cyanobacterial PRK is also subject to Trx-dependent activation despite the lack of this clamp loop. We, therefore, compared Trx-mediated regulation of PRK from the cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 (A.7120_PRK) and that from the land plant Arabidopsis thaliana (AtPRK). Interestingly, peptide mapping and site-directed mutagenesis analysis showed that Trx was more effective in changing the redox states of the C-terminal Cys pair in both A.7120_PRK and AtPRK. In addition, the effect of redox state change of the C-terminal Cys pair on PRK activity was different between A.7120_PRK and AtPRK. Trx-mediated redox regulation of the C-terminal Cys pair was also important for complex dissociation/formation with CP12 and glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase. Furthermore, in vivo analysis of the redox states of PRK showed that only one disulfide bond is reduced in response to light. Based on the enzyme activity assay and the complex formation analysis, we concluded that Trx-mediated regulation of the C-terminal Cys pair of PRK is important for activity regulation in cyanobacteria and complex dissociation/formation in both organisms.

    DOI: 10.1093/pcp/pcac050

    PubMed

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  • Verification of the Relationship between Redox Regulation of Thioredoxin Target Proteins and Their Proximity to Thylakoid Membranes. 国際誌

    Yuka Fukushi, Yuichi Yokochi, Ken-Ichi Wakabayashi, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    Antioxidants (Basel, Switzerland)   11 ( 4 )   2022年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Thioredoxin (Trx) is a key protein of the redox regulation system in chloroplasts, where it modulates various enzyme activities. Upon light irradiation, Trx reduces the disulfide bonds of Trx target proteins (thereby turning on their activities) using reducing equivalents obtained from the photosynthetic electron transport chain. This reduction process involves a differential response, i.e., some Trx target proteins in the stroma respond slowly to the change in redox condition caused by light/dark changes, while the ATP synthase γ subunit (CF1-γ) located on the surface of thylakoid membrane responds with high sensitivity. The factors that determine this difference in redox kinetics are not yet known, although here, we hypothesize that it is due to each protein's localization in the chloroplast, i.e., the reducing equivalents generated under light conditions can be transferred more efficiently to the proteins on thylakoid membrane than to stromal proteins. To explore this possibility, we anchored SBPase, one of the stromal Trx target proteins, to the thylakoid membrane in Arabidopsis thaliana. Analyses of the redox behaviors of the anchored and unanchored proteins showed no significant difference in their reduction kinetics, implying that protein sensitivity to redox regulation is determined by other factors.

    DOI: 10.3390/antiox11040773

    PubMed

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  • Oxidative regulation of chloroplast enzymes by thioredoxin and thioredoxin-like proteins in Arabidopsis thaliana. 国際誌

    Yuichi Yokochi, Yuka Fukushi, Ken-Ichi Wakabayashi, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   118 ( 51 )   2021年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Thioredoxin (Trx) is a protein that mediates the reducing power transfer from the photosynthetic electron transport system to target enzymes in chloroplasts and regulates their activities. Redox regulation governed by Trx is a system that is central to the adaptation of various chloroplast functions to the ever-changing light environment. However, the factors involved in the opposite reaction (i.e., the oxidation of various enzymes) have yet to be revealed. Recently, it has been suggested that Trx and Trx-like proteins could oxidize Trx-targeted proteins in vitro. To elucidate the in vivo function of these proteins as oxidation factors, we generated mutant plant lines deficient in Trx or Trx-like proteins and studied how the proteins are involved in oxidative regulation in chloroplasts. We found that f-type Trx and two types of Trx-like proteins, Trx-like 2 and atypical Cys His-rich Trx (ACHT), seemed to serve as oxidation factors for Trx-targeted proteins, such as fructose-1,6-bisphosphatase, Rubisco activase, and the γ-subunit of ATP synthase. In addition, ACHT was found to be involved in regulating nonphotochemical quenching, which is the mechanism underlying the thermal dissipation of excess light energy. Overall, these results indicate that Trx and Trx-like proteins regulate chloroplast functions in concert by controlling the redox state of various photosynthesis-related proteins in vivo.

    DOI: 10.1073/pnas.2114952118

    PubMed

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  • The phototroph-specific β-hairpin structure of the γ subunit of FoF1-ATP synthase is important for efficient ATP synthesis of cyanobacteria 査読

    Kumiko Kondo, Masayuki Izumi, Kosuke Inabe, Keisuke Yoshida, Mari Imashimizu, Toshiharu Suzuki, Toru Hisabori

    Journal of Biological Chemistry   297 ( 3 )   101027 - 101027   2021年9月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101027

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  • Redox regulation of NADP-malate dehydrogenase is vital for land plants under fluctuating light environment. 国際誌

    Yuichi Yokochi, Keisuke Yoshida, Florian Hahn, Atsuko Miyagi, Ken-Ichi Wakabayashi, Maki Kawai-Yamada, Andreas P M Weber, Toru Hisabori

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   118 ( 6 )   2021年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Many enzymes involved in photosynthesis possess highly conserved cysteine residues that serve as redox switches in chloroplasts. These redox switches function to activate or deactivate enzymes during light-dark transitions and have the function of fine-tuning their activities according to the intensity of light. Accordingly, many studies on chloroplast redox regulation have been conducted under the hypothesis that "fine regulation of the activities of these enzymes is crucial for efficient photosynthesis." However, the impact of the regulatory system on plant metabolism is still unclear. To test this hypothesis, we here studied the impact of the ablation of a redox switch in chloroplast NADP-malate dehydrogenase (MDH). By genome editing, we generated a mutant plant whose MDH lacks one of its redox switches and is active even in dark conditions. Although NADPH consumption by MDH in the dark is expected to be harmful to plant growth, the mutant line did not show any phenotypic differences under standard long-day conditions. In contrast, the mutant line showed severe growth retardation under short-day or fluctuating light conditions. These results indicate that thiol-switch redox regulation of MDH activity is crucial for maintaining NADPH homeostasis in chloroplasts under these conditions.

    DOI: 10.1073/pnas.2016903118

    PubMed

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  • Biochemical basis for redox regulation of chloroplast-localized phosphofructokinase from Arabidopsis thaliana.

    Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    Plant & cell physiology   2021年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Various proteins in plant chloroplasts are subject to thiol-based redox regulation, allowing light-responsive control of chloroplast functions. Most redox-regulated proteins are known to be reductively activated in the light in a thioredoxin (Trx)-dependent manner, but its regulatory network remains incompletely understood. Using a biochemical procedure, we here show that a specific form of phosphofructokinase (PFK) is a novel redox-regulated protein whose activity is suppressed upon the reduction. PFK is a key enzyme in the glycolytic pathway. In Arabidopsis thaliana, PFK5 is targeted to chloroplasts and uniquely contains an insertion sequence harboring two Cys residues (Cys152 and Cys157) in the N-terminal region. Redox shift assays using a thiol-modifying reagent indicated that PFK5 is efficiently reduced by a specific type of Trx, namely, Trx-f. PFK5 enzyme activity was lowered with the Trx-f-dependent reduction. PFK5 redox regulation was bidirectional; PFK5 was also oxidized and activated by the recently identified Trx-like2/2-Cys peroxiredoxin pathway. Mass spectrometry-based peptide mapping analysis revealed that Cys152 and Cys157 are critical for the intramolecular disulfide bond formation in PFK5. The involvement of Cys152 and Cys157 in PFK5 redox regulation was further supported by a site-directed mutagenesis study. PFK5 catalyzes the reverse reaction of fructose 1,6-bisphosphatase (FBPase), which is reduced and activated specifically by Trx-f. Our data suggest that PFK5 redox regulation, together with that of FBPase, constitutes a checkpoint for switching light/dark metabolism in chloroplasts.

    DOI: 10.1093/pcp/pcaa174

    PubMed

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  • Structural basis for thioredoxin isoform-based fine-tuning of ferredoxin-thioredoxin reductase activity. 国際誌

    Linda Juniar, Hideaki Tanaka, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori, Genji Kurisu

    Protein science : a publication of the Protein Society   29 ( 12 )   2538 - 2545   2020年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Photosynthetic electron transport occurs on the thylakoid membrane of chloroplasts. Ferredoxin (Fd), the final acceptor in the electron transport chain, distributes electrons to several Fd-dependent enzymes including Fd-thioredoxin reductase (FTR). A cascade from Fd to FTR further reduces Thioredoxin (Trx), which tunes the activity of target metabolic enzymes eventually in a light-dependent manner. We previously reported that 10 Trx isoforms in Arabidopsis thaliana can be clustered into three classes based on the kinetics of the FTR-dependent reduction (high-, middle-, and low-efficiency classes). In this study, we determined the X-ray structure of three electron transfer complexes of FTR and Trx isoform, Trx-y1, Trx-f2, and Trx-m2, as representative examples of each class. Superposition of the FTR structure with/without Trx showed no main chain structural changes upon complex formation. There was no significant conformational change for single and complexed Trx-m structures. Nonetheless, the interface of FTR:Trx complexes displayed significant variation. Comparative analysis of the three structures showed two types of intermolecular interactions; (i) common interactions shared by all three complexes and (ii) isoform-specific interactions, which might be important for fine-tuning FTR:Trx activity. Differential electrostatic potentials of Trx isoforms may be key to isoform-specific interactions.

    DOI: 10.1002/pro.3964

    PubMed

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  • Chloroplast ATP synthase is reduced by both f-type and m-type thioredoxins. 国際誌

    Takatoshi Sekiguchi, Keisuke Yoshida, Yuki Okegawa, Ken Motohashi, Ken-Ichi Wakabayashi, Toru Hisabori

    Biochimica et biophysica acta. Bioenergetics   1861 ( 11 )   148261 - 148261   2020年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The activity of the molecular motor enzyme, chloroplast ATP synthase, is regulated in a redox-dependent manner. The γ subunit, CF1-γ, is the central shaft of this enzyme complex and possesses the redox-active cysteine pair, which is reduced by thioredoxin (Trx). In light conditions, Trx transfers the reducing equivalent obtained from the photosynthetic electron transfer system to the CF1-γ. Previous studies showed that the light-dependent reduction of CF1-γ is more rapid than those of other Trx target proteins in the stroma. Although there are multiple Trx isoforms in chloroplasts, it is not well understood as to which chloroplast Trx isoform primarily contributes to the reduction of CF1-γ, especially under physiological conditions. We therefore performed direct assessment of the CF1-γ reduction capacity of each of the Trx isoforms. The kinetic analysis of the reduction process showed no significant difference in the reduction efficiency between two major chloroplast Trxs, namely Trx-f and Trx-m. Based on the thorough analyses of the CF1-γ redox dynamics in Arabidopsis thaliana Trx mutant plants, we found that lack of Trx-f or Trx-m had no significant impact on the in vivo light-dependent reduction of CF1-γ. The results showed that CF1-γ can accept the reducing power from both Trx-f and Trx-m in chloroplasts.

    DOI: 10.1016/j.bbabio.2020.148261

    PubMed

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  • Biochemical insight into redox regulation of plastidial 3-phosphoglycerate dehydrogenase from Arabidopsis thaliana. 国際誌

    Keisuke Yoshida, Kinuka Ohtaka, Masami Yokota Hirai, Toru Hisabori

    The Journal of biological chemistry   295 ( 44 )   14906 - 14915   2020年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Thiol-based redox regulation is a post-translational protein modification for controlling enzyme activity by switching oxidation/reduction states of Cys residues. In plant cells, numerous proteins involved in a wide range of biological systems have been suggested as the target of redox regulation; however, our knowledge on this issue is still incomplete. Here we report that 3-phosphoglycerate dehydrogenase (PGDH) is a novel redox-regulated protein. PGDH catalyzes the first committed step of Ser biosynthetic pathway in plastids. Using an affinity chromatography-based method, we found that PGDH physically interacts with thioredoxin (Trx), a key factor of redox regulation. The in vitro studies using recombinant proteins from Arabidopsis thaliana showed that a specific PGDH isoform, PGDH1, forms the intramolecular disulfide bond under nonreducing conditions, which lowers PGDH enzyme activity. MS and site-directed mutagenesis analyses allowed us to identify the redox-active Cys pair that is mainly involved in disulfide bond formation in PGDH1; this Cys pair is uniquely found in land plant PGDH. Furthermore, we revealed that some plastidial Trx subtypes support the reductive activation of PGDH1. The present data show previously uncharacterized regulatory mechanisms of PGDH and expand our understanding of the Trx-mediated redox-regulatory network in plants.

    DOI: 10.1074/jbc.RA120.014263

    PubMed

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  • Oxidation of aromatic and aliphatic aldehydes to carboxylic acids by Geotrichum candidum aldehyde dehydrogenase

    Tomoyasu Hoshino, Emi Yamabe, Muhammad Arisyi Hawari, Mayumi Tamura, Shuji Kanamaru, Keisuke Yoshida, Afifa Ayu Koesoema, Tomoko Matsuda

    TETRAHEDRON   76 ( 33 )   2020年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.tet.2020.131387

    Web of Science

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  • Thioredoxin targets are regulated in heterocysts of cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 in a light-independent manner. 査読 国際誌

    Shoko Mihara, Kazunori Sugiura, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    Journal of experimental botany   71 ( 6 )   2018 - 2027   2020年3月

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    記述言語:英語  

    In the nitrogen-fixing cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120, glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) plays an important role in producing the power for reducing nitrogenase under light conditions. Our previous study showed that thioredoxin suppresses G6PDH by reducing its activator protein OpcA, implying that G6PDH is inactivated under light conditions because thioredoxins are reduced by the photosynthetic electron transport system in cyanobacteria. To address how Anabaena sp. PCC 7120 maintains G6PDH activity even under light conditions when nitrogen fixation occurs, we investigated the redox regulation system in vegetative cells and specific nitrogen-fixing cells named heterocysts, individually. We found that thioredoxin target proteins were more oxidized in heterocysts than in vegetative cells under light conditions. Alterations in the redox regulation mechanism of heterocysts may affect the redox states of thioredoxin target proteins, including OpcA, so that G6PDH is activated in heterocysts even under light conditions.

    DOI: 10.1093/jxb/erz561

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  • Impact of key residues within chloroplast thioredoxin-f on recognition for reduction and oxidation of target proteins. 査読

    Yokochi Y, Sugiura K, Takemura K, Yoshida K, Hara S, Wakabayashi KI, Kitao A, Hisabori T

    The Journal of biological chemistry   294 ( 46 )   17437 - 17450   2019年11月

  • The thioredoxin (Trx) redox state sensor protein can visualize Trx activities in the light/dark response in chloroplasts. 査読

    Sugiura K, Yokochi Y, Fu N, Fukaya Y, Yoshida K, Mihara S, Hisabori T

    The Journal of biological chemistry   294 ( 32 )   12091 - 12098   2019年8月

  • The N-terminal region of the ϵ subunit from cyanobacterial ATP synthase alone can inhibit ATPase activity. 査読

    Inabe K, Kondo K, Yoshida K, Wakabayashi KI, Hisabori T

    The Journal of biological chemistry   294 ( 26 )   10094 - 10103   2019年6月

  • Thioredoxin-like2/2-Cys peroxiredoxin redox cascade acts as oxidative activator of glucose-6-phosphate dehydrogenase in chloroplasts 査読

    Yoshida K, Uchikoshi E, Hara S, Hisabori T

    Biochem. J.   476 ( 12 )   1781 - 1790   2019年6月

  • Simple method to determine protein redox state in Arabidopsis thaliana 招待 査読

    Yoshida K, Hisabori T

    Bio-protocol   9   e3250   2019年6月

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  • Thiol-based redox regulation in plant chloroplasts 招待

    Yoshida K, Hisabori T

    Redox Homeostasis in Plants, Signaling and Communication in Plants (eds, Panda SK, Yamamoto YY)   1 - 17   2019年4月

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    記述言語:英語  

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  • New Light on Chloroplast Redox Regulation: Molecular Mechanism of Protein Thiol Oxidation. 査読

    Yoshida K, Yokochi Y, Hisabori T

    Frontiers in plant science   10   1534   2019年

  • Determining the rate-limiting step for light-responsive redox regulation in chloroplasts 招待 査読

    Yoshida K, Hisabori T

    Antioxidants   7 ( 11 )   153   2018年10月

  • Ferredoxin-thioredoxin system plays an important role in the chloroplastic NADP status of Arabidopsis. 査読

    Hashida S, Miyagi A, Nishiyama M, Yoshida K, Hisabori T, Kawai-Yamada M

    Plant J.   95 ( 6 )   947 - 960   2018年9月

  • Thioredoxin-like2/2-Cys peroxiredoxin redox cascade supports oxidative thiol modulation in chloroplasts. 査読

    Yoshida K, Hara A, Sugiura K, Fukaya Y, Hisabori T

    Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.   115 ( 35 )   E8296 - E8304   2018年8月

  • Thioredoxin regulates G6PDH activity by changing redox states of OpcA in the nitrogen-fixing cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 査読

    Shoko Mihara, Hitomi Wakao, Keisuke Yoshida, Akiyoshi Higo, Kazunori Sugiura, Akihiro Tsuchiya, Jiro Nomata, Ken-Ichi Wakabayashi, Toru Hisabori

    Biochemical Journal   475 ( 6 )   1091 - 1105   2018年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Portland Press Ltd  

    DOI: 10.1042/BCJ20170869

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  • レドックスを基盤とした葉緑体の機能統御ネットワーク 招待 査読

    吉田 啓亮

    光合成研究(日本光合成学会 編)   28 ( 1 )   39 - 50   2018年

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  • Distinct electron transfer from ferredoxin-thioredoxin reductase to multiple thioredoxin isoforms in chloroplasts 査読

    Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    BIOCHEMICAL JOURNAL   474 ( 8 )   1347 - 1360   2017年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1042/BCJ20161089

    Web of Science

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  • Post-Translational Regulation of the Dicing Activities of Arabidopsis DICER-LIKE 3 and 4 by Inorganic Phosphate and the Redox State. 査読

    Atsushi Seta, Midori Tabara, Yuki Nishibori, Akihiro Hiraguri, Naoko Ohkama-Ohtsu, Tadashi Yokoyama, Satoshi Hara, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori, Akihito Fukudome, Hisashi Koiwa, Hiromitsu Moriyama, Nobuhiro Takahashi, Toshiyuki Fukuhara

    Plant & cell physiology   58 ( 3 )   485 - 495   2017年3月

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    記述言語:英語  

    In Arabidopsis thaliana, small interfering RNAs (siRNAs) generated by two Dicer isoforms, DCL3 and DCL4, function in distinct epigenetic processes, i.e. RNA-directed DNA methylation and post-transcriptional gene silencing, respectively. Plants often respond to their environment by producing a distinct set of small RNAs; however, the mechanism for controlling the production of different siRNAs from the same dsRNA substrate remains unclear. We established a simple biochemical method to visualize the dsRNA-cleaving activities of DCL3 and DCL4 in cell-free extracts prepared from Arabidopsis seedlings. Here, we demonstrate that different nutrient statuses of a host plant affect the post-translational regulation of the dicing activity of DCL3 and DCL4. Phosphate deficiency inhibited DCL3, and the activity of DCL3 was directly activated by inorganic phosphate. Sulfur deficiency inhibited DCL4 but not DCL3, and the activity of DCL4 was recovered by supplementation of the cell-free extracts with reductants containing a thiol group. Immunopurified DCL4 was activated by recombinant Arabidopsis thioredoxin-h1 with dithiothreitol. Therefore, DCL4 is subject to redox regulation. These results demonstrate that post-translational regulation of DCL activities fine-tunes the balance between branches of the gene silencing pathway according to the growth environment.

    DOI: 10.1093/pcp/pcw226

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  • Functional Significance of NADPH-Thioredoxin Reductase C in the Antioxidant Defense System of Cyanobacterium Anabaena sp PCC 7120 査読

    Shoko Mihara, Keisuke Yoshida, Akiyoshi Higo, Toru Hisabori

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   58 ( 1 )   86 - 94   2017年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcw182

    Web of Science

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  • 葉緑体機能を統御するレドックス制御ネットワーク 招待 査読

    吉田 啓亮, 久堀徹

    生化学(日本生化学会 編)   89 ( 3 )   432 - 435   2017年

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  • Two distinct redox cascades cooperatively regulate chloroplast functions and sustain plant viability 査読

    Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA   113 ( 27 )   E3967 - E3976   2016年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1073/pnas.1604101113

    Web of Science

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  • Adenine nucleotide-dependent and redox-independent control of mitochondrial malate dehydrogenase activity in Arabidopsis thaliana 査読

    Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS   1857 ( 6 )   810 - 818   2016年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.bbabio.2016.03.001

    Web of Science

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  • Oxidation of a Cysteine Residue in Elongation Factor EF-Tu Reversibly Inhibits Translation in the Cyanobacterium Synechocystis sp PCC 6803 査読

    Rayakorn Yutthanasirikul, Takanori Nagano, Haruhiko Jimbo, Yukako Hihara, Takashi Kanamori, Takuya Ueda, Takamitsu Haruyama, Hiroki Konno, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori, Yoshitaka Nishiyama

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   291 ( 11 )   5860 - 5870   2016年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1074/jbc.M115.706424

    Web of Science

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  • レドックスネットワークによる葉緑体の機能調節:新たに見えてきた分子基盤・ダイナミクス・重要性 招待 査読

    吉田 啓亮, 久堀徹

    光合成研究(日本光合成学会 編)   26 ( 2 )   86 - 94   2016年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本光合成研究会  

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  • Thioredoxin Selectivity for Thiol-based Redox Regulation of Target Proteins in Chloroplasts 査読

    Keisuke Yoshida, Satoshi Hara, Toru Hisabori

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   290 ( 23 )   14278 - 14288   2015年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1074/jbc.M115.647545

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  • 葉緑体とミトコンドリアの代謝クロストーク 招待 査読

    吉田 啓亮

    生物科学(日本生物科学者協会 編)   66 ( 4 )   235 - 243   2015年

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  • Distinct Redox Behaviors of Chloroplast Thiol Enzymes and their Relationships with Photosynthetic Electron Transport in Arabidopsis thaliana 査読

    Keisuke Yoshida, Yuta Matsuoka, Satoshi Hara, Hiroki Konno, Toru Hisabori

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   55 ( 8 )   1415 - 1425   2014年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcu066

    Web of Science

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  • Mitochondrial isocitrate dehydrogenase is inactivated upon oxidation and reactivated by thioredoxin-dependent reduction in Arabidopsis. 査読

    Yoshida K, Hisabori T

    Front. Environ. Sci.   2   38   2014年

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  • Systematic exploration of thioredoxin target proteins in plant mitochondria 査読

    Keisuke Yoshida, Ko Noguchi, Ken Motohashi, Toru Hisabori

    Plant and Cell Physiology   54 ( 6 )   875 - 892   2013年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pct037

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  • Physiological impact of mitochondrial alternative oxidase on photosynthesis and growth in Arabidopsis thaliana 査読

    Keisuke Yoshida, Chihiro K. Watanabe, Ichiro Terashima, Ko Noguchi

    PLANT CELL AND ENVIRONMENT   34 ( 11 )   1890 - 1899   2011年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1111/j.1365-3040.2011.02384.x

    Web of Science

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  • How and why does mitochondrial respiratory chain respond to light? 査読

    Keisuke Yoshida, Ichiro Terashima, Ko Noguchi

    Plant Signaling and Behavior   6 ( 6 )   864 - 866   2011年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.4161/psb.6.6.15224

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  • Distinct responses of the mitochondrial respiratory chain to long- and short-term high-light environments in Arabidopsis thaliana 査読

    Keisuke Yoshida, Chihiro K. Watanabe, Takushi Hachiya, Danny Tholen, Masaru Shibata, Ichiro Terashima, Ko Noguchi

    PLANT CELL AND ENVIRONMENT   34 ( 4 )   618 - 628   2011年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1111/j.1365-3040.2010.02267.x

    Web of Science

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  • Simultaneous Determination of In Vivo Plastoquinone and Ubiquinone Redox States by HPLC-Based Analysis 査読

    Keisuke Yoshida, Masaru Shibata, Ichiro Terashima, Ko Noguchi

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   51 ( 5 )   836 - 841   2010年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcq044

    Web of Science

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  • Interaction between chloroplasts and mitochondria: activity, function, and regulation of the mitochondrial respiratory system during photosynthesis. 招待 査読

    Yoshida K, Noguchi K

    In “Plant Mitochondria (Advances in Plant Biology 1)” (Kempken F. ed)   383 - 409   2010年

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  • Differential Gene Expression Profiles of the Mitochondrial Respiratory Components in Illuminated Arabidopsis Leaves 査読

    Keisuke Yoshida, Ko Noguchi

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   50 ( 8 )   1449 - 1462   2009年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcp090

    Web of Science

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  • Influence of chloroplastic photo-oxidative stress on mitochondrial alternative oxidase capacity and respiratory properties: A case study with arabidopsis yellow variegated 2 査読

    Keisuke Yoshida, Chihiro Watanabe, Yusuke Kato, Wataru Sakamoto, Ko Noguchi

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   49 ( 4 )   592 - 603   2008年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcn031

    Web of Science

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  • Interaction between photosynthesis and respiration in illuminated leaves 招待 査読

    Ko Noguchi, Keisuke Yoshida

    MITOCHONDRION   8 ( 1 )   87 - 99   2008年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.mito.2007.09.003

    Web of Science

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  • Functional analysis of mitochondrial respiratory chain as a dissipation system of excess light energy.

    Yoshida K, Terashima I, Noguchi K

    In “Photosynthesis. Energy from the sun” (Allen J. F., Gantt E., Golbeck J. H., Osmond B. eds)   1079 - 1082   2008年

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  • Up-regulation of mitochondrial alternative oxidase concomitant with chloroplast over-reduction by excess light 査読

    Keisuke Yoshida, Ichiro Terashima, Ko Noguchi

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   48 ( 4 )   606 - 614   2007年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcm033

    Web of Science

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  • Functional analysis of mitochondrial respiratory chain as a dissipation system of excess light energy 査読

    Yoshida K, Terashima I, Noguchi K

    Photosynthesis Research   91 ( 2-3 )   259 - 260   2007年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • Distinct roles of the cytochrome pathway and alternative oxidase in leaf photosynthesis 査読

    K Yoshida, Terashima, I, K Noguchi

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   47 ( 1 )   22 - 31   2006年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pci219

    Web of Science

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  • ミトコンドリアによる葉緑体の強光防御機構 招待 査読

    吉田 啓亮

    光合成研究(日本光合成学会 編)   16   14 - 19   2006年

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  • Responses of photosynthesis in Vicia faba leaves to respiratory inhibitors.

    Yoshida K, Noguchi K, Terashima I

    In “Photosynthesis: Fundamental Aspects to Global Perspectives” (van der Est, A., Bruce, D. eds)   911 - 913   2005年

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MISC

  • レドックス制御系による葉緑体の機能調節 招待 査読

    吉田啓亮, 久堀徹

    低温科学   83   109 - 117   2025年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者  

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  • チオレドキシン様タンパク質による葉緑体内の酸化制御 招待 査読

    福士結香, 横地佑一, 若林憲一, 吉田啓亮, 久堀徹

    光合成研究   33 ( 1 )   13 - 20   2023年4月

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  • チオレドキシン様タンパク質による葉緑体ATP合成酵素の酸化制御

    関口敬俊, 吉田啓亮, 若林憲一, 久堀徹

    光合成研究   32   131 - 137   2022年

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  • Visualization of intracellular redox status in photosynthetic organisms

    Kazunori Sugiura, Takeharu Nagai, Satoshi Hara, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori

    GENES & GENETIC SYSTEMS   89 ( 6 )   295 - 295   2014年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

    Web of Science

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受賞

  • 生命理工学院 竹田国際貢献賞

    2025年10月   東京科学大学  

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  • PCP Best Paper Award

    2023年3月   日本植物生理学会  

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  • 竹田若手研究者賞

    2019年10月  

    吉田 啓亮

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  • 挑戦的研究賞 末松特別賞

    2019年7月   東京工業大学  

    吉田 啓亮

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  • 奨励賞

    2018年9月   日本植物学会  

    吉田 啓亮

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  • 奨励賞

    2018年3月   日本植物生理学会  

    吉田 啓亮

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  • 末松賞

    2017年2月   東京工業大学  

    吉田 啓亮

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  • 若手奨励賞

    2008年9月   日本植物学会  

    吉田 啓亮

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 植物レドックス制御系の酸化側の新機能探求

    研究課題/領域番号:25K22342  2025年6月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    吉田 啓亮

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    配分額:6500000円 ( 直接経費:5000000円 、 間接経費:1500000円 )

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  • レドックスを基盤とした光合成機能スイッチングの環境適応原理

    研究課題/領域番号:23H04961  2023年4月 - 2028年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)  学術変革領域研究(A)

    吉田 啓亮

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    配分額:114270000円 ( 直接経費:87900000円 、 間接経費:26370000円 )

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  • 光合成ユビキティ:あらゆる地球環境で光合成を可能とする超分子構造制御

    研究課題/領域番号:23H04957  2023年4月 - 2028年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    栗栖 源嗣, 斉藤 圭亮, 山本 大輔, 白井 剛, 坂本 亘, 日原 由香子, 広瀬 侑, 丸山 真一朗, 田中 亮一, 皆川 純, 吉田 啓亮, 桶川 友季

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    配分額:111280000円 ( 直接経費:85600000円 、 間接経費:25680000円 )

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  • 葉緑体内膜マグネシウム輸送体のレドックス制御

    研究課題/領域番号:23H02498  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    吉田 啓亮

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    配分額:18720000円 ( 直接経費:14400000円 、 間接経費:4320000円 )

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  • 葉緑体内膜マグネシウム輸送体のレドックス制御

    研究課題/領域番号:23K27191  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    吉田 啓亮

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    配分額:18720000円 ( 直接経費:14400000円 、 間接経費:4320000円 )

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  • 光合成の迅速制御を可能にする新規レドックス制御経路

    研究課題/領域番号:22K19130  2022年6月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)  挑戦的研究(萌芽)

    吉田 啓亮

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    配分額:6370000円 ( 直接経費:4900000円 、 間接経費:1470000円 )

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  • 光合成生物のレドックス制御系はin situでどのように働くのか

    研究課題/領域番号:21H02502  2021年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    久堀 徹, 吉田 啓亮

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    配分額:17420000円 ( 直接経費:13400000円 、 間接経費:4020000円 )

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  • 植物が眠るしくみ:タンパク質酸化システムによる光合成抑制機構の解明

    研究課題/領域番号:20K21268  2020年7月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)  挑戦的研究(萌芽)

    吉田 啓亮

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    配分額:6370000円 ( 直接経費:4900000円 、 間接経費:1470000円 )

    還元・酸化を基盤としたタンパク質の機能制御系であるレドックス制御系は、植物の光合成の明・暗に応答したオン・オフ調節に重要な役割を果たしている。光合成の場である葉緑体がレドックス制御系を持つことは半世紀近く前から知られているものの、酸化側(オフ側)の制御を行うためのメカニズムはほとんど明らかになっていなかった。そのような背景の下、研究代表者は2018年にタンパク質酸化因子(チオレドキシンライク2;TrxL2)を同定した(PNAS 2018)。この発見を突破口と捉え、本研究では、タンパク質酸化システムの全容解明に挑戦し、光合成抑制の観点から「植物は夜どのように眠るのか」という問いに答えることを目指す。
    2021年度は、(1)組換え体タンパク質を用いた生化学解析によって、葉緑体局在型の解糖系酵素ホスホフルクトキナーゼ(PFK)をレドックス制御の新規標的として同定し、またTrxL2に依存した酸化・活性化を受けることを明らかにした(Plant Cell Physiol. 2021)。(2)ゲノム編集によって作出したTrxL2の破壊株シロイヌナズナを用いて、TrxL2のin vivoにおける酸化標的を明らかにした。また、TrxL2を介したタンパク質酸化制御が光合成機能に与える影響を明らかにした(PNAS 2021)。これらによって、葉緑体レドックス制御系におけるタンパク質酸化のメカニズムに関する理解を深めることができた。

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  • 葉緑体機能を支えるレドックス制御システムの包括的解析

    研究課題/領域番号:19H03241  2019年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    吉田 啓亮, 増田 建, 川合 真紀

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    配分額:17160000円 ( 直接経費:13200000円 、 間接経費:3960000円 )

    移動能力を欠く植物が、絶えず変動する光環境で効率よく光合成を行うためには、光合成の場である葉緑体の機能を柔軟かつ精密に制御する必要がある。本研究では、酸化還元を基盤としたタンパク質の翻訳後制御であるレドックス制御に注目する。近年、葉緑体のレドックス制御系は、多くのタンパク質(制御因子群と標的群)が関わるネットワーク上システムとして再認識されており、そのシステム全体の分子基盤や生理意義の解明が重要な課題となっている。本研究課題では、分子生物学・生化学から生理生態学までを貫徹する基礎研究を行い、葉緑体機能を統御するレドックス制御系を包括的に理解する。
    当該年度は、レドックス制御系の主要経路と考えられているフェレドキシン/チオレドキシン経路の生理機能の解析を重点的に実施した。前年度に、この経路の中心的ハブとして働くFTRの完全破壊株をCRISPR/Cas9によって作出していたので、この変異株を本年度の実験に用いた。タンパク質の酸化還元応答を調べたところ、野生株においては葉緑体ストロマ局在のタンパク質群が光に依存してダイナミックな還元応答を示した一方、FTR変異株においてはまったくそれが観測されなかった。FTR変異株では、著しい生育阻害、光合成速度の減少、葉緑体の形態異常が見られた。これらの結果から、フェレドキシン/チオレドキシンは光照射に応じてストロマタンパク質を活性化させるために必要な唯一の経路であり、光合成に決定的な役割を果たしていることが明らかになった。また本研究では、ATP合成酵素の還元・活性化に関わる未知の還元力伝達経路の存在が示唆された(論文投稿中)。

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  • ATP合成酵素によるプロトン駆動力制御

    研究課題/領域番号:16H06556  2016年6月 - 2021年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)  新学術領域研究(研究領域提案型)

    久堀 徹, 吉田 啓亮, 矢守 航

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    配分額:109850000円 ( 直接経費:84500000円 、 間接経費:25350000円 )

    本研究計画班では、①プロトン駆動力形成の理解に基づく機能強化、②プロトン駆動力消費過程の理解に基づくATP合成能力の向上、③還元力の再分配を主眼として、プロトン駆動力制御による光合成の再最適化を最終目標として研究を行っている。本年度は、これについて、下記の通り、研究を進めた。
    ①サイクリック経路を構成するPGR5タンパク質とNDH複合体のそれぞれの発現抑制株を用いて、遠赤色光下におけるCO2固定速度、気孔開度、光化学系Iや光化学系IIの電子伝達速度を解析した。また、シロイヌナズナを用いた変動光環境下における変異体スクリーニングによって複数の候補株を単離し、それらの原因遺伝子の同定を行った。
    ②シアノバクテリアを形質転換し、制御装置に異常をもったATP合成酵素のATP合成活性をリポソーム再構成法によって評価した。また、光合成生物のATP合成酵素特有の制御機構を理解するため、γサブユニットとεサブユニット部分複合体の結晶構造解析を行い、この構造に基づく生化学的解析を行って、論文発表した。得られた結晶構造に基づいて種々の変異タンパク質複合体を作成し、制御サブユニットの構造と機能の関係を生化学および1分子回転観察法により調べた(論文投稿中)。さらに、緑藻を用いたATP合成酵素解析の実験系を確立した。
    ③光合成の機能制御に重要な還元力の伝達経路の機能を解析することを目的として、チオレドキシン還元酵素からチオレドキシンを解した還元力フローの速度論的解析を進めた。また、電子伝達による制御の実体を解明するため、酸化側経路の全体像を明らかにして論文発表した。シアノバクテリアの酸化還元調節を受けている酵素の制御の分子機構を解明し、論文発表した。さらに、細胞内酸化還元状態のリアルタイム測定を可能にする蛍光センサーの構造と機能を明らかにして論文発表した。

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  • クラミドモナス走光性を指標にした植物レドックス恒常性維持分子機構の解明

    研究課題/領域番号:16K14752  2016年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究  挑戦的萌芽研究

    若林 憲一, 久堀 徹, 吉田 啓亮, 植木 紀子

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    配分額:3640000円 ( 直接経費:2800000円 、 間接経費:840000円 )

    細胞内には還元的に保たれるレドックス恒常性が機能している。しかし、呼吸活性や光合成活性の変化によって酸化的になったり、過剰に還元的になったりと変化する。我々は、緑藻クラミドモナスの細胞内が酸化的になると正の走光性、過剰に還元的になると負の走光性を示すことを指標にして、走光性と細胞内レドックス状態の関係が崩れているミュータントの単離に成功した。これらの株には光合成活性が低下するという異常があった。残念ながら期間中に原因遺伝子の同定にはいたらなかったが、葉緑体の中で起きている現象が細胞の運動方向を規定するという興味深い現象を見出すことができた。今後原因遺伝子の解明を急ぐ。

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  • 葉緑体機能のレドックス制御ネットワークから理解する植物の生存戦略

    研究課題/領域番号:26840090  2014年4月 - 2016年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)

    吉田 啓亮

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    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    植物の葉緑体は、絶えず変動する外的環境に自身の生理機能を適合させるために、酸化還元(レドックス)反応を基盤とした機能制御ネットワークを獲得してきた。本課題では、葉緑体レドックスネットワークの分子基盤および生理意義について包括的な研究を行った。その結果、このシステムは従来のモデルよりもはるかに複雑であり、植物を取り巻く環境変動に対して柔軟に応答し、植物のバイオマス生産に深く関与していることを明らかにした。

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  • ミトコンドリア機能のレドックス制御:分子基盤から生理応答まで

    研究課題/領域番号:24870010  2012年8月 - 2014年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 研究活動スタート支援  研究活動スタート支援

    吉田 啓亮

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    配分額:2990000円 ( 直接経費:2300000円 、 間接経費:690000円 )

    植物ミトコンドリアのレドックス状態は外的環境に応じて変化することが知られている一方、そのときミトコンドリア機能がどのように制御されるのかについては知見が乏しい。レドックス制御に重要な役割を果たすのがチオレドキシン(Trx)である。私は本研究の開始に先立ち、ミトコンドリア内のTrx標的を網羅的に捕捉し、レドックス制御下にあるタンパク質候補のリストを作成していた。そこで、そのリストの中から特に興味深いタンパク質に注目し、レドックス制御の実態について生化学・生理学の両側面から迫った。これらの研究を通して、いくつかのミトコンドリアタンパク質について、レドックス制御の分子基盤を解明することができた。

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  • ミトコンドリア機能を制御する還元力ネットワークとその光環境応答の解明

    研究課題/領域番号:10J08847  2010年 - 2012年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    吉田 啓亮

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    配分額:1900000円 ( 直接経費:1900000円 )

    植物体内のレドックス状態は、様々な外的環境要因によって変化する。この変化に対し、様々な生体反応に関わるタンパク質は柔軟に活性を調節することが必要である。タンパク質のレドックス制御に中心的な役割を果たすのがチオレドキシン(Trx)である。私は、未開の領域である植物ミトコンドリアのTrxシステムを介したレドックス制御について、生化学と生理学の両側面からアプローチする研究を行っている。
    昨年度(平成22年度)に、Trxアフィニティクロマトグラフィー法とプロテオミクスにより、ミトコンドリア可溶性画分のタンパク質のTrx標的候補を網羅的に捕捉・同定した。今年度は、これに引き続いて、ミトコンドリア膜画分のTrx標的候補の捕捉・同定を進め、ミトコンドリアのTrx標的候補のリスト作成を完了した。また、得られた標的候補のうち、AOX、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ(IDH)、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ(MDH)について、組換え体タンパク質を用いた詳細な生化学解析を行い、AOXとIDHはTrx依存的な還元を受けることを明らかにした。さらに、昨年度に作成したミトコンドリアのTrxの欠損株シロイヌナズナについて、実際にTrxがノックアウトされていることを、RT-PCRとウェスタン解析により確認した。この変異株は、現在までにテストした条件では、表現型の変化が確認されていない。今年度、生体内のタンパク質のレドックス状態を分析する実験系を構築できた。今後は、作成した変異株で、Trx標的タンパク質のレドックス状態がどのように影響を受けているのかを明らかにすることで、実際の植物体内でのミトコンドリアTrxシステムの環境応答・生理意義を解明できると期待できる。

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  • 過剰光エネルギー散逸系としての呼吸系の機能解析

    研究課題/領域番号:07J00410  2007年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    吉田 啓亮

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    配分額:1800000円 ( 直接経費:1800000円 )

    植物のミトコンドリアには、エネルギー生産と結び付かない呼吸経路が特有に存在する。これらの経路の生理的な意義については、長年にわたって議論されてきたが、未だに明らかにされていない。これまでの私の研究から、そのような経路の1つであるAOXが、光照射下の植物葉において、光合成系で生じる過剰還元力を効率よく散逸し、植物の光防御に寄与していることが分かっていた。平成20年度は、このAOXの機能を新たな測定システムの構築と変異株の利用によって、より詳細に調べた。
    光照射下の葉において、本当に光合成系を介して呼吸系へ還元力の輸送が起こっているのかを調べるためには、光合成系・呼吸系のそれぞれの電子キャリアであるPQ・UQレドックスを、同一サンプルを用いて同時に測定することが重要である。長岡高専・柴田勝准教授と共同で、各キノンを分離し、また高感度で分析するHPLCシステムを構築した。この系を用いて、暗処理後のシロイヌナズナに光ストレスを与えた際のPQ・UQのレドックスを分析したところ、PQの速やかな還元に続いてUQのゆるやかな還元が観測された。このことから、光合成系から呼吸系への還元力輸送は確かに起こっており、それがどのくらいの時間スケールで起こるのかも明らかとなった。次にシロイヌナズナAOX形質転換株(T-DNA挿入株、aoxla)を用い、AOXがPQ・UQのレドックスや光合成速度におよぼす影響について調べた。光ストレス直後のPQ・UQレドックスの変化パタンはWTとaoxlaで違いが見られなかったが、WTでは長時間の光ストレスによってAOXが誘導され、それに伴いUQが酸化された。一方aoxlaでは、UQは長時間の光ストレス後も還元された状態で存在しており、PQもわずかながらWTより還元されていた。これらの結果は、AOXは光照射下の葉において、光合成系を介して生成される過剰な細胞内還元力の散逸系として働くという、AOXの生理機能を強く示すものである。

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担当経験のある科目(授業)

  • 長寿社会と生命

    2025年10月 機関名:東京科学大学

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  • Current Topics in Emergent Materials and Devices-Cooperated with Advanced Research Network in Materials and Devices in Japan 5-Star Alliance, CEFMS-NCTU, and RCAS Academia Sinica

    2025年10月 機関名:National Yang Ming Chiao Tung University (NYCU)

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  • 植物生理学

    2023年4月 - 現在 機関名:東京工業大学

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  • 生物資源科学

    2023年4月 - 現在 機関名:東京工業大学

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  • 研究プロジェクト(生命理工学系)

    2022年4月 - 現在 機関名:東京工業大学

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  • 生命理工学院リテラシ

    2022年4月 - 現在 機関名:東京工業大学

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  • 光合成科学

    2022年4月 - 現在 機関名:東京工業大学

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  • 先端ライフエンジニアリング第二

    2021年10月 - 現在 機関名:東京工業大学

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  • 生命理工学基礎実験(分子生物学分野)

    2021年10月 - 2023年3月 機関名:東京工業大学

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  • 分子生物学特論3

    2021年4月 - 2022年3月 機関名:埼玉大学

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  • 生命科学III

    2021年4月 - 2022年3月 機関名:埼玉大学

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  • 生化学III(植物代謝)

    2020年4月 - 2022年3月 機関名:明治大学

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  • 生命理工学特別講義第三

    2019年4月 - 2020年3月 機関名:東京工業大学

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  • 生命理工学基礎実験(生化学分野)

    2016年4月 - 現在 機関名:東京工業大学

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  • 生命理工学系生命科学総合実験第一・第二

    2012年4月 - 2016年3月 機関名:東京工業大学

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