好熱性シアノバクテリアのコアとロッドの構造

Nature Communications volume 13、記事番号: 3389 (2022) この記事を引用

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シアノバクテリア、緑藻類、および紅藻類は、太陽エネルギーを捕捉して光合成反応中心に運ぶために、巨大な集光フィコビリソーム (PBS) を利用します。 PBS は組成的および構造的に多様で、非常に複雑であるため、その機能を包括的に理解するのに課題が生じています。 現在までに、極低温電子顕微鏡 (cryo-EM) による PBS の 3 つの詳細な構造が記載されています。すなわち、半楕円体型、紅藻由来のブロック型、シアノバクテリアの半円盤型です。 今回我々は、好熱性シアノバクテリア半円板状 PBS の五円筒形アロフィコシアニンコアとフィコシアニン含有ロッドのクライオ EM 構造を報告します。 この構造は、エネルギー伝達機構を解読するために重要な、タンパク質のサブユニットと発色団の空間的配置を定義します。 これらは、五円筒形のコアがどのように形成されるかを明らかにし、リンカータンパク質とビリン発色団の間の重要な相互作用を特定し、一方向のエネルギー伝達の経路を示します。

ラン藻、緑藻類、および紅藻類は、太陽エネルギーの吸収と光合成膜タンパク質 (光化学系 I および光化学系 II、PSI および PSII) へのエネルギー伝達のために、フィコビリソーム (PBS) と呼ばれる大きな水溶性の集光複合体を利用しています1。 PBS は主に 490 ～ 650 nm の可視光を吸収しますが、PSI および PSII は吸収が困難です（例外として、クロロフィルを含むシアノバクテリアは近赤外光を吸収する PBS を保有しています 2,3）（補足図 1）。 PBS は、フィコエリトリン、フィコエリスロシアニン、フィコシアニン (PC)、およびアロフィコシアニン (APC) などのフィコビリタンパク質 (PBP) で構成されます。 PBP の集合単位は、グロビンの折り畳みを持ち、フィコエリスロビリン、フィクロビリン、フィコビオロビリン、フィコシアノビリン (PCB) などのいくつかの直鎖状テトラピロール発色団を保持する α および β サブユニットです4。 これらの α および β サブユニットのオリゴマーは、非色素酸化リンカータンパク質と相互作用して、PBS 複合体全体で PC ロッドを形成します。 PBS の構造形態としては、半円盤状 5、6、7、半楕円体 8、ブロック型 9、ロッド型 10、11、12、13、バンドル型 14 の 5 種類が報告されています。 半円板状 PBS は、二円筒形 15,16、三円筒形 5、または五円筒形 3,17 のコアを持っています。 杆体の数に関する PBP の組成、PBS の全体構造、PSI および PSII との関連は、光と栄養素の利用可能性によって制御されます 11,18。 最近、3 種類の PBS の三次元 (3D) 構造がクライオ電子顕微鏡 (cryo-EM) によって分析され 19,20,21,22 、それらの三円筒形および五円筒形のコアとエネルギー伝達経路の詳細が明らかになりました。 PBS は組成的および構造的に多様であり、非常に複雑であるため、さまざまな種における PBS の構造的および機能的分析は、その作用メカニズムを包括的に理解するために不可欠です。 さらに、これらの構造は、いくつかのシアノバクテリア PBS を理解するための基礎を提供し、太陽エネルギーの効率的な利用を促進するために利用できます 23、24、25。

今回我々は、好熱性シアノバクテリア Thermosynechococcus vulcanus の五円筒形 APC コアと PC ロッドの構造をそれぞれ 3.7 Å と 4.2 Å の解像度で報告します。 それらの全体的な構造は、アナベナ種の PBS 構造に非常に似ていましたが、 PCC 7120 (以下、Nostoc 7120 と呼びます) は参考文献によって報告されています。 内部構造の違いを観察しました。 この構造は、異なる種の半円盤状 PBS の違いを明らかにし、一方向励起エネルギー伝達の可能なメカニズムを提供します。

T. vulcanus NIES-2134 (以下、T. vulcanus と呼びます) の PBS は、五円筒形の APC コアと 6 本の PC ロッドを備えた半円盤構造を持ち、総分子量は約 6 MDa22,26 (補足図 2)。 コアとロッドはα-（CpcA、ApcA、ApcD、ApcE）サブユニットとβ-（CpcB、ApcB、ApcF）サブユニットから構成され、その基本構成単位はαβモノマー27です。 PCB は、チオエーテル結合を介して α および β サブユニットの保存されたシステイン残基に共有結合します 28。 PBS 中のリンカータンパク質は、PBS の構造安定性だけでなく、発色団のエネルギーレベルの調整にも寄与すると考えられています 29。 T. vulcanus のリンカータンパク質はロッド リンカー (LR; CpcC) として分類されます。 ロッド末端リンカー (LRT; CpcD); ロッドコアリンカー (LRC; CpcG1、CpcG2、および CpcG4); コア膜リンカー (LCM; ApcE)、PBS コアシリンダーの APC 三量体に結合します。 または、PBS コアに結合するコア リンカー (LC; ApcC)。 PBS が光を吸収すると、励起エネルギーは急速に (ピコ秒のオーダーで) ターミナルエミッター (ApcE [LCM] および ApcD) と呼ばれる膜表面のサブユニットの発色団に伝達され、最終的に PSII および PSI30 に伝達されます。 T. vulcanus 由来の PC および APC の X 線結晶構造がいくつか報告されており、これらは PBS の内部エネルギー伝達の可能な全体的な構造構成とメカニズムに関する議論の出発点となっています 31,32,33,34,35,36。 37.

五円筒形の APC コア (PBS コア) と PC ロッドは、PBS の調製後、それぞれ勾配固定 (GraFix) 処理 26,38 と低濃度リン酸緩衝液処理により得られました。 クライオ EM イメージングでは、高濃度の安定剤を除去することが望ましい (この場合、安定剤はリン酸緩衝液でした)。 しかし、これは紅藻類と T. vulcanus を含むシアノバクテリアの両方において PBS コアからの PC ロッドの解離を促進します。 PCロッドは調製されたPBS中のPBSコアに結合していましたが、PCロッドの大部分はGraFix処理中に解離しました（補足図2）。 ネガティブ染色 EM による二次元 (2D) 平均により、調製した T. vulcanus PBS の底部のシリンダーが 3 つの APC 三量体を含むことが示されました。 参考文献によって報告されているように。 図２２に示すように、シアノバクテリア由来のＰＢＳ中のＰＣロッドは、紅藻類のものよりも相互作用が著しく低く１９、ＰＣロッドの解離を防ぐためのグルタルアルデヒドによる架橋処理は、ＰＢＳコアの構造を維持するのに役立った。 しかし、PC ロッドの一部は PBS コアから分離しました。 紅藻類の PBS と比較してシアノバクテリア PBS における PC ロッドの相互作用が弱い理由は、おそらく PBS 形態の違いによるものと考えられます。 紅藻類の PBS (ブロック型および半楕円体型) には、フィコエリトリン (PE) ロッドが高密度に多数存在しており、ロッド間で多数の相互作用が存在する可能性が示唆されています。 しかし、シアノバクテリア PBS (半円盤型) の PC ロッドは扇形に配置されており、紅藻 PBS の PE ロッドよりも PC ロッド間の相互作用が少ないことが示されています。 形態の違いは、低濃度のリン酸緩衝液条件下では、シアノバクテリア PBS が紅藻 PBS よりも PC ロッドの解離を受けやすいことを示唆しています。

PBS コアと PC ロッドのクライオ EM マップは、2 つの半分のマップ間の 0.143 というゴールドスタンダード フーリエ シェル相関 [FSC] 基準に基づいて、それぞれ 3.7 Å と 4.2 Å の分解能で再構築されました (補足表 1)。 構造モデルはマップに対して改良され、解像度が検証されました。 モデルとマップ間の FSC 値は 0.5: 3.8 Å (PBS コア) および 4.2 Å (PC ロッド)。 Qスコア39に基づく推定値：3.6Å（Q = 0.49; PBSコア）および4.0Å（Q = 0.40; PCロッド）（補足図3および4および補足表1〜3）。

分析された T. vulcanus の PBS コアは、C2 対称性を持つ半円盤構造を示し、3 つの円柱 (A、A'、B)、2 つの円柱 (C および C') と、PBS コアと相互作用するいくつかの PC ロッドで構成されています (図 1)。 1)。 PBS コアの全体構造は Nostoc 71207,22 の構造と非常に似ていました。 PC ロッドの外側部分 (Rb、Rb'、Rt、Rt'、Rs1、Rs1'、Rs2、および Rs2') では厳密な二重対称性が保持されませんでした。これは、これらの部分の多くが実験中にコアから解離した可能性があるためです。サンプルの準備 (上記を参照)。 クライオEMマップはロッドの部分を分解しますが、対応する領域の局所分解能は7Åから20Åの範囲です（補足図3）。 したがって、ロッドのモデルは構築しませんでした (図 1c)。 PBS コアは、寸法 110 × 210 × 300 Å のスーパー複合体であり、38 個の ApcAs、40 個の ApcB、6 個の ApcC、2 個の ApcD、2 個の ApcE (LCM)、2 個の ApcF、および 84 個の PCB で構成されています (補足図 5、補足図 5、補足図 5)。表4)。 他のシアノバクテリアの PBS コア 22 では、A シリンダーと B シリンダーはそれぞれ 4 つの APC 三量体で構成されていますが、T. vulcanus の PBS コアは A シリンダーに 3 つの APC 三量体、B シリンダーに 4 つの APC 三量体から構成されています。 ApcD は他のシアノバクテリア PBS の A シリンダーの 4 番目の APC 三量体で同定されており、この三量体は PBS から光合成膜タンパク質へのエネルギー伝達において重要な役割を果たしています 22。 ApcD の配置がシアノバクテリア Synechococcus sp. の PBS で同じである場合、ApcD の配置が同じであると考えられます。 PCC 7002 (以下、Synechococcus 7002 と呼ぶ)、Nostoc 7120、および T. vulcanus の場合、T. vulcanus PBS は A シリンダーに 4 番目の APC 三量体を有するはずです。 ただし、調製されたT. vulcanusのPBSにはApcDが含まれており、ネガティブ染色EMによる2D平均により、Aシリンダーが3つのAPC三量体で構成されていることが確認されました（補足図2a、c、d）。 これは、T. vulcanus PBS における ApcD の配置が他の種の PBS の配置とは異なることを示唆しています。 現時点では、T. vulcanus の A シリンダー内に APC 三量体が 4 つではなく 3 つある理由は明確にはわかっていません。

PBS コアの正面図 (a、c)、側面図 (b、e、f)、底面図 (d) の Cryo-EM マップ。 c クライオ EM マップと洗練された PBS コア モデルの重ね合わせを示しています。 e ここでは、a の長方形内の構造を 90 度回転して拡大して示しています。 f e を 180 度回転させた状態を示します。 g 五円筒形 APC コア (A (A')、B、および C (C') シリンダーを含む) と PC ロッド (Rb、Rb'、Rt、および Rt') の概略モデル。 α、Reps 1 ～ 4、Arms 1 ～ 3 を含む ApcE (LCM) は赤色で表示されます。 モデルを構築しなかった PC ロッドは半透明で表示されます。 PC ロッド モデルは、この研究のクライオ EM マップと Nostoc 71207 の PBS 構造を参照して描画されました。 h PC ロッドの概略モデル。 CpcC (LR)、CpcD (LRT)、および CpcG (LRC) は、2 つの PC 六量体内で相互作用します。 ApcD の特定は暫定的なものです。 ApcD は括弧内に示されています (ApcD)。

A シリンダーは、フィコビリタンパク質の α サブユニット (ApcA、ApcD、および ApcE [LCM])、フィコビリタンパク質の β サブユニット (ApcB および ApcF)、および ApcC (Lc) で構成されます。 A (A') シリンダーは、ApcD/ApcB のサブユニットと 2 つの ApcA/ApcB (A1) を含む 3 つの APC 三量体 (A1、A2、および A3) で構成されます。 3 つの ApcA/ApcB (A2)。 それぞれApcE / ApcB、ApcA / ApcF、およびApcA / ApcB（A3）（図2a）。 電気泳動分析は、ApcDが調製されたPBSに存在することを示しています（補足図2c）26。しかし、解像度が限られているため、ApcDはクライオEMマップでは識別できませんでした。 次に、この研究ではApcAとして特定できなかったサブユニットにApcDを暫定的に割り当てました（ただし、構造モデル[PDBコード：7VEA]ではApcDではなくApcAを特定しました）（補足図6）。 B シリンダーは、ApcA と ApcB からなる 4 つの APC 三量体 (B1、B2、B1'、および B2') で構成されます。 さらに、LC は A および C シリンダーの片側と相互作用するのに対し、B シリンダーの両側と相互作用します。 C シリンダーは、B シリンダーの半分に相当する 2 つの APC トリマー、ApcA と ApcB で構成されます。

ApcE (LCM) は、A シリンダーの膜表面に位置し、エネルギーを PSII に伝達する末端エミッターです。 ApcE (LCM) は、ApcA と同様の構造を示すドメインの 1 つである αLCM と、「リピート」と呼ばれる 4 つの反復モチーフ (Rep1 ～ Rep4) と、それらのモチーフをつなぐ「アーム」(Arm1 ～ 3) から構成されます。 Rep1は、A1内のApcF、2つのApcA（α2およびα3）、および1つのApcB（β1）と相互作用します（図2b）。 2 つの紅藻 PBS と Synechococcus 7002 PBS の ApcE (LCM) には Rep4 が含まれていませんが、各種の ApcE (LCM) における Rep1 ～ Rep4 の二乗平均平方根偏差 (RMSD) は小さく、配列はシアノバクテリアからの Rep1 ～ Rep4 の同一性は高い傾向があります (補足表 5)。 これは、種の違いにもかかわらず、各Repの構造と機能が類似していることを示唆しています。

a 末端エミッター（ApcE [LCM] および ApcD の αLCM）、ApcF、およびリンカータンパク質（ApcE [LCM] および ApcCs）の配置。 b Aシリンダー内のAPC三量体（A3）とApcEのRep1（LCM）の構造。 c Aシリンダー内のAPC三量体A1およびA2、ApcC、およびApcE（LCM）のRep2の構造。 d Bシリンダー内のApcE（LCM）のAPC三量体B1およびB2、ApcC、Rep3、およびArm3の構造。 e C'シリンダー内のAPC三量体C1およびC2、ApcC、およびApcE（LCM）のRep4の構造。 f 4 つの Rep 構造 (Reps1 ～ 4) の重ね合わせ。 破線は、Rep 領域の α ヘリックスを示します。 Rep1、緑色。 Rep2、赤。 Rep3、青。 Rep4、シアン。

最近報告された紅藻類の構造では、ApcC は ApcE (LCM) の Rep1 と相互作用するのに対し、ApcC および (ApcD) は T. vulcanus の PBS コアの Rep2 と相互作用する可能性があり、コア内のサブユニット間の相互作用も 2 つのモデル間で異なることが示唆されています。種。 ApcE (LCM) の Rep3 は、ApcC とともに、B シリンダー内の 2 つの APC 三量体の構造と機能の維持に寄与します。 Arm3 は Rep4 まで伸びており、C シリンダーのリンカー ドメインとして機能します。 Rep4 は、Rep2 および Rep3 と同じ方法で ApcC と相互作用します。これは、PBS コアの各シリンダーに 1 つの ApcC が含まれていることを意味します (図 2c–e)。 ApcE（LCM）のReps1〜4の興味深い特徴は、αヘリックス領域の構造が類似しているのに対し、ループ領域の構造が異なることです（図2f）。 Rep間の配列同一性は高くありません（補足図7）。これは、Reps1〜4が各シリンダーの構造を維持しているだけでなく、PCB周囲の各Repの異なるアミノ酸残基が吸収された光エネルギーの効率的な伝達に寄与している可能性があることを示唆しています。ターミナルエミッタ。 ApcE (LCM) の Arm3、Rep4、および C シリンダーは紅藻 19,20 または Synechocystis6 の PBS コアには存在しませんが、ApcE (LCM) ドメインが系統発生学的にマッピングされている場合、これらの構成要素はシアノバクテリアの約半数に存在します。主要なシアノバクテリア種のツリー（補足図8および9）。 したがって、シアノバクテリアを含む多くの藻類に共通して、C シリンダー自体を維持する C シリンダー、Rep4、および Arm3 が集光において重要な役割を果たしているに違いありません。 ApcE (LCM) は、PSII1 へのエネルギー伝達にとって最も重要なリンカータンパク質の 1 つです。 この研究で説明された T. vulcanus PBS の構造は、広範な藻類グループにおける PBS の一般的な動作メカニズムのコンポーネント アーキテクチャと組織ネットワークを理解するための出発点となります。

T. vulcanus PBS の A シリンダーに「4 番目の APC 三量体」が欠如しているのは、APC 三量体で相互作用する ApcC が ApcE の Rep1 と相互作用できないという事実に起因すると考えられます。 Nostoc 7120 および Synechococcus 7002 に存在する PBS の ApcC には 2 つの主要な立体構造タイプ (タイプ I および II) があります。Reps2 ～ 4 と相互作用する ApcC はタイプ I ですが、Rep1 と相互作用する ApcC はタイプ II です (補足図10)。 Nostoc 7120 と Synechococcus 7002 の ApcC (Type I および II) の構造は類似しています (RMSD: 0.78 [Type I] および 0.74 [Type II])。 対照的に、T. vulcanus PBS では、Reps3 ～ 4 と相互作用する ApcC は Type I ですが、Rep2 と相互作用する ApcC は Type I でも II でもありません (つまり、Type III)。 タイプIIとタイプIIIの比較により、ApcCのループ領域の配置が異なることが明らかになり（残基9〜26、補足図10c）、タイプIとタイプIIIの間でわずかに大きいRMSD（1.7）が明らかになりました。 Reps1〜4とApcCのアミノ酸配列は3つのシアノバクテリアで類似していますが（補足図10d）、T. vulcanus PBSのRep2周囲の環境は、他のシアノバクテリアと比較してApcCの相互作用を変化させる可能性があります。 これは、T. vulcanus PBS の Rep1 を取り巻く環境が ApcC の相互作用を許さず、したがって「4 番目の APC 三量体」が Rep1 と相互作用できないことを示唆しています。

励起エネルギーは、B および C (C') シリンダー内の発色団を介して末端エミッター (ApcE [LCM] および ApcD) に伝達され、最終的に PSII および PSI に伝達されます。 T. vulcanus は唯一の発色団として PCB を持ち、各発色団の周囲のタンパク質環境が励起エネルギーの末端エミッターへの伝達に密接に関与しているはずです。 実際、極性/荷電基を持つアミノ酸残基は顔料の吸収エネルギーに影響を与えます40。

図3にPBSコアを構成する各円柱とコア内の発色団、発色団間の距離を示します。 一般に、励起エネルギーは、近接した発色団ペア、つまりドナー (D) とアクセプター (A) の間で移動します (フェルスター共鳴エネルギー移動、FRET)41,42。 しかし、励起結合を示す光励起コヒーレンスシグナルがPCとAPCの両方で観察されているため、PBSにおける発色団間のエネルギー移動はFRET機構だけでは説明できません43,44。 さらに、最近の実験では、エネルギー移動中にドナー分子とアクセプター分子の間で励起がコヒーレントに共有されるという新しい特性が明らかになりました45。 さらに、以前の研究では、20 Å から 30 Å の範囲の距離でも何らかの形の励起子結合が発生し、PBS が高効率でエネルギーを伝達できることが示唆されています 29,46。 MacColl46 は、単量体 - 単​​量体界面を挟んで近接して位置する APC 三量体の 2 つの発色団間の励起子結合を報告し、この強い相互作用が励起子の吸収スペクトルの赤方偏移を誘発します。 証拠は両方のメカニズムを裏付けていますが、多くのアプローチから得られる超高速蛍光は、励起子結合メカニズムがより妥当であることを示しています。 ただし、この研究で得られた構造モデルは、PBS 内の発色団の配置と配向、およびそれらの周囲の相互作用 (特にリンカータンパク質との) の解釈を可能にしますが、構造モデルだけでは、発色団間の励起子結合の包括的な解釈はできません。隣接する発色団。 リンカータンパク質は、PBS 構造を安定化するだけでなく、発色団の吸収/発光特性を変化させ、発色団間の励起子の結合に必要な環境を作り出すことさえあります 29。 本研究では、リンカータンパク質と相互作用する発色団間の距離と発色団上の配向に基づいたエネルギー伝達経路を提案します。

a B シリンダーと C (C') シリンダー内およびシリンダー間のエネルギー伝達経路の可能性。 b A シリンダー内および A シリンダーと C シリンダーの間のエネルギー伝達経路の可能性。 c A (A') シリンダーと B シリンダー間の考えられるエネルギー伝達経路。 d–g ApcE (LCM) の発色団と周囲のアミノ酸残基。 点線の近くの数字は、PCB ペア間の距離 (Å) を示します。 e-g では、破線 (黒と緑) は水素結合を示し、点線 (青) は PCB とシステイン残基間の共有結合を示します。 dのアミノ酸残基(Phe992/ApcEおよびCys84/C1)は、その残基中のCαからCβまでの原子の方向をカプセル状の物体で示している。 ApcD の同定は暫定的なものであり、ApcD の発色団 (A1αApcD81) を括弧内に示します。

FRET メカニズムによる励起エネルギー伝達率に関連する主な要因は 4 つあります。(i) D と A の間の距離。 （ii）配向係数κ2。空間内のDとAの遷移双極子の相対的な配向を説明する係数です（補足図11）。 (iii) それぞれ D と A の蛍光スペクトルと吸収スペクトルの間の重なり積分。 (iv) A が存在しない場合の D の量子収率。自由に回転する色素 D および A の場合、κ2 の平均値は 2/3 であり、重要な発色団を表す κ2 の値は約 1 ～ 3 です (補足表) 6、補足図11および12）。 これは、PBS コア内の発色団間でエネルギー移動が発生する可能性があることを示しています。 効率は、双極子間結合による D と A 間の距離の 6 乗に反比例します。 したがって、発色団間の距離が短ければ短いほど、それらの間のエネルギー伝達の速度と効率は大きくなります。 したがって、円柱間のエネルギー伝達効率も、近い発色団間の距離に大きく依存します。

PBS コア内の発色団には、紅藻の発色団の命名法に従って番号が付けられており 19,20、それらの名前は次のように定義されます: シリンダー名 (A、B、または C)、サブユニットのタイプ (α または β)、および番号発色団が結合するシステイン残基（84）の（補足図13）。 繰り返しになりますが、前述の紅藻類の PBS 構造には C シリンダーが含まれていない 19,20 。 各シリンダー間またはシリンダー内のエネルギー伝達に関与する発色団を図3a〜cに示します。 C（C'）円柱からBおよびA（A'）円柱へのエネルギー伝達は、それぞれC1α184–B1α284（33Å）およびC2α384–A2α384（35Å）を介して起こります（図3a、b）。 現在の構造では、多くの ApcB の PCB の D 環はチロシン残基 (Y90) と π-π 相互作用を形成していますが、C1β384 の D 環は ApcE の Rep4 のループ領域 (残基 990-997) 内の Phe992 と相互作用している可能性があります。 (図3d)。 さらに、C1β384 は S1122/ApcE と相互作用します。 これらの相互作用は、おそらく C (C') シリンダーから B シリンダーへのエネルギー伝達に寄与します。 PC ロッド (Rt、Rb、Rs1、および Rs2) が結合したシアノバクテリア PBS では、PC ロッドが受け取ったエネルギーが C ( C') シリンダー。C (C') シリンダーが PC ロッドから末端エミッターへのエネルギー伝達の仲介者として機能することを示します。

B シリンダーは 4 つの APC トリマーから構成され、2 つの APC トリマー (B2 および B2') は相互作用します。 これは、B円柱内のエネルギー伝達がB2β284–B2'β184（27Å）、B2β184–B2'β184（29Å）、およびB2β384–B2'β84（27Å）によって媒介されることを示しています（図3a）。 B シリンダーから A (A') シリンダーへのエネルギー伝達には、B1'α384 – A1αApcD81 (33 Å) および B2α284 – A3'α384 (34 Å) が関与しているようです (図 3c)。 さらに、A シリンダーと A' シリンダーの間には相互作用があり、A2α284 – A3'α384 (32 Å) を介してエネルギー伝達が発生することが示唆されます。 これらの発色団はApcEのRep3およびRep4と相互作用し、ApcEのアミノ酸残基組成は4つの発色団（C1β384、B2β384、B2β284、およびB2β184）のそれぞれの周囲で異なります（図3d–g）。 3 つの発色団 (B2β384、B2β284、および B2β184) が Rep3/ApcE のアミノ酸残基と相互作用し、各発色団の周辺構造を大幅に変化させます。 B2β384はアスパラギン残基(N809/ApcE、N835/ApcE)と水素結合を形成しており、B2β284の近傍には塩基性アミノ酸(R761/ApcE、K890/ApcE)が存在する。 B2β184 は塩基性残基 (R730/ApcE) と相互作用し、疎水性アミノ酸 (L873/ApcE、T872/ApcE、および F878/ApcE) に囲まれています。 各発色団の周囲のタンパク質環境のこの違いが、発色団の個々のエネルギーレベルを定義する可能性があります。

Aシリンダー内の3つのPCB（A2α384、A2α284、およびA3α384）は、その空間配置に基づいてBシリンダーとCシリンダーから励起エネルギーを受け取り（図3b）、最終的にそれを発色団に渡す重要な発色団であると考えられています。 (A3αLCM198) 端子エミッタにあります。 この場合、励起エネルギーは、これら 2 つの発色団に近い 4 つの発色団 (A2α184、A2β384、A3β184、および A3β284) を介して伝達される可能性が最も高くなります。 4 つの発色団のうち 3 つは、特徴的な構造で Rep1 または Rep2 と相互作用します (図 4a–c)。 κ2 値と発色団間の距離は、A3αLCM198 – A3βApcF82 のエネルギー伝達効率がすべての識別されたペアの中で最も高いことも示唆しています (補足表 6)。

a、b APC三量体A3の発色団とApcEのRep1との相互作用。 c APC三量体A2の発色団とApcEのRep2との相互作用。 d ApcFの発色団およびApcEのRep1との相互作用。 e ApcE の発色団および ApcF との相互作用。 破線 (黒) は水素結合を示します。 点線（青）は、PCB とシステイン残基間の共有結合を示します。 側鎖の配置を正確に表示できないアミノ酸残基はカプセル状の物体で表示しています。 残基の Cα から Cβ までの原子の方向は、カプセル状の物体によって示されます。

A3β184 は Y306/ApcE と相互作用し、芳香族アミノ酸 (Y428/ApcE および F432/ApcE) に囲まれています。 A3β284 は S348/ApcE および R366/ApcE と相互作用し、F373/ApcE は A3β284 の D 環に近接しています。 さらに、A2β384 は R630/ApcE と相互作用し、3 つの芳香族アミノ酸 (Y455/ApcE、Y610/ApcE、および F637/ApcE) に囲まれており、F637/ApcE は A2β384 の D 環の近くにあります。 紅藻類の PBS の構造では、芳香族アミノ酸が発色団の近傍に豊富に存在し、芳香族アミノ酸が各発色団のエネルギー状態を調節して一方向のエネルギー移動を達成すると提案されています 19,20。 T. vulcanus PBS のリンカータンパク質内の芳香族アミノ酸も同様に機能する可能性があり、3 つの発色団の周囲のタンパク質環境が 2 つの発色団への励起エネルギーの効率的な伝達のために最適化されていることを示唆しています。

ApcF の発色団 A3βApcF82 は、C82/ApcF および C416/ApcE に結合し、4 つのアミノ酸残基 (Y265/ApcE、R84/ApcF、R77/ApcF、および R78/ApcF) と相互作用します。 この相互作用は、A3βApcF82 から A3αLCM198 へのエネルギー伝達経路を形成するために、A3βApcF82 のエネルギーレベルを調整するのに役立つ可能性があります。 ApcF の A3βApcF82 および ApcE の A3αLCM198 の周囲の環境は、一方向励起エネルギーを PSI および PSII に伝達する際に関与する重要な要素の 1 つである可能性があります。 Soulier と Bryant は、APC 三量体中の隣接する APC 単量体の α および β サブユニットに結合した PCB 間の相互作用が発色団吸収の赤方偏移の原因であると報告しました 47。 T. vulcanus PBS では、A3βApcF82 と A3αLCM198 の間の距離は 20 Å であり、2 つの発色団が最終的に励起エネルギーを PSI と PSII に伝達する励起子結合を形成する可能性があることを示唆しています。 ApcD は PSI48、49、50 にエネルギーを伝達する末端エミッターであり、本研究の結果は、A1αApcD81 が隣接する A1β184 と励起結合を形成し、励起エネルギーを PSI に伝達することを示唆しています。

A3αLCM198の周囲のクライオEMマップが多少乱れていたため、3つのアミノ酸残基（W166 / ApcE、D163 / ApcE、およびK159 / ApcE）の側鎖を特定できませんでした（図4eおよび補足図3e）。 。 それにもかかわらず、PCBのD環とApcAのチロシン残基は一般にπ-π相互作用を形成するため、今回の構造は、ApcEのA3αLCM198がW166/AcpEとπ-π相互作用を形成する可能性があることを示唆しています。 このトリプトファン（Trp）残基は、補足図9にリストされているすべての種のApcEで保存されています。Tangら51は、Nostoc 7120のApcEのα領域の結晶構造（PDBコード：4XXI）を分析し、次のように報告しています。この Trp と発色団の相互作用は、発色団吸着における赤方偏移の要因です。 さらに、4XXIはホモ二量体であり、一方のモノマーのTrpは発色団のD環とπ-π相互作用を形成しますが、別のモノマーのTrpは発色団のD環に対して垂直に位置し、近くのArg160とカチオン-π相互作用を形成します。 (図5)。

a Nostoc 7120 ApcE の結晶構造（解像度 2.2 Å）。 b 2.8 Åの分解能での紅藻類P. purpureum ApcEのクライオEM構造。 c 3.5 Åの分解能での紅藻G. pacifica ApcEのクライオEM構造。 d 3.5 Åの分解能でのシアノバクテリアSynechococcus 7002 ApcEのCryo-EM構造。 e 3.9 Åの分解能でのラン藻Nostoc ApcEのCryo-EM構造。 f 解像度 3.7 Å でのシアノバクテリア T. vulcanus ApcE のクライオ EM 構造。 これらの ApcE 構造を、1σ (a)、3σ (b)、2σ (c)、5σ (d)、3σ (e)、および 3σ (f) で等高線を描いた密度マップと重ね合わせました。 側鎖の配置を正確に表示できないアミノ酸残基はカプセル状の物体で表示しています。 残基の Cα から Cβ までの原子の方向は、カプセル状の物体によって示されます。

crio-EM19,20,22で解析したPBS構造でもπ-π相互作用が形成されているかどうかを調べるために、PBS構造のApcEのα領域を評価したところ、P.purpureum PBSのみが明確なπ-π相互作用を示していることがわかりました。一方、G. パシフィカ PBS は、発色団の D 環と Arg152/ApcE の間にπ-カチオン相互作用を形成するようにモデル化されました。 これは、P. purpureum PBS を除き、PBS 構造では π-π 相互作用が明確に示されないため、得られたクライオ EM マップの品質によるものです。 しかし、π-π相互作用が発色団吸収の赤方偏移に寄与していることを考慮すると51、発色団のD環とTrpがすべてのPBS構造でπ-π相互作用を形成している可能性が高く、この特徴がPBSにとって重要である可能性が高いことを示しています。 A3αLCM198からPSIIへのエネルギー移動。 A3αLCM198および周囲の構造との重要な相互作用に関するさらなる詳細には、PBSの高解像度構造および/またはPBSおよびPSIIと相互作用する超複合構造が必要となります。 さらに、A3αLCM198に隣接するアミノ酸残基は、種間でわずかな違いを示しました（図5）。 T. vulcanus PBSにおいて、Tyr79/ApcFに対応するアミノ酸残基は、各種においてTyr (G. pacificaおよびP. purpureum)、Leu (Nostoc 7120)、およびPhe (Synechococcus 7002)であった。 この残基は発色団環から離れた位置にあるため、π-π相互作用を形成する可能性は低くなります。 ただし、極性/荷電アミノ酸残基は色素の吸収エネルギーに影響を与えるため、発色団の吸収特性に影響を与える可能性があります40。

PCロッドは、αサブユニット（CpcA）とβサブユニット（CpcB）からなるPCモノマーによって形成され、2つのPC六量体を形成し（図6a）、その中でリンカータンパク質が相互作用します。 CpcC、CpcD、CpcG1、CpcG2、および CpcG4 は、T. vulcanus PBS の PC のリンカータンパク質として同定されており (補足図 2)26、CpcC、CpcD、および CpcG2 を、 PC ロッド (図 6b、c)。 CpcG1、CpcG2、およびCpcG4は類似のアミノ酸配列を示すため（補足図14）、この研究におけるCpcG2の割り当ては暫定的なものです。 観察されたように、PC ロッドは調製された PBS から解離しているため、得られたクライオ EM マップは、複数の CpcG (CpcG1、CpcG2、および CpcG4) と組み合わせた粒子を使用した 3D 再構成を表します。 単一粒子の分析中に、3D 分類を使用して異物や異種粒子を分類できます。 ただし、CpcG1、CpcG2、および CpcG4 の全体構造は非常に類似しているため、4.2 Å の分解能で各 CpcG で粒子を分類することは不可能でした。

Nostoc 7120 PBS では、3 つの CpcG コード遺伝子 (CpcG1、CpcG2、および CpcG4) が欠失すると、PC ロッドは PBS コアに結合できなくなりました。 CpcG をコードする遺伝子の 1 つが欠失すると、PC ロッドは PBS コアと相互作用できましたが、野生型 PBS と同じようには相互作用できませんでした。 これは、CpcG タンパク質の組成が各 PC ロッドで異なることを示唆しています7。 クライオ EM マップは、PC ロッドから伸びて PBS コアと相互作用するリンカータンパク質を示しました。 クライオEMマップの品質は構造モデルを構築するには不十分でしたが、アミノ酸配列の高い同一性は、T. vulcanusのCpcGの配置がNostoc 7120の配置と類似していることを示唆しています（補足図15）7、 22. Rt (Rt') および Rb (Rb') の CpcG タンパク質の C 末端領域は、それぞれ主に B シリンダーの周辺領域および A (A') シリンダーの周辺領域と相互作用します。 CpcG の C 末端領域は、PBS コアのシリンダーと弱く相互作用し、ロッドもサポートします。

PCとPCロッド内のリンカータンパク質間の相互作用は非対称であり（図6）、これはロッド内のCpcC、CpcD、およびCpcG2間の相互作用によって引き起こされます。 この研究でクライオ EM によって特定された PC ロッドが以前に説明された PC ロッド構造とどのように異なるかを調査するために、X 線結晶構造解析によって解析された PC ロッドを重ね合わせました 32。 我々は、PC モノマー 1 (鎖 A と鎖 B からなる) のポリペプチドの Cα 骨格を、T. vulcanus (3O2C) および Nostoc 7120 (7EYD) の対応するものと重ね合わせました。 次に、PC ロッド全体の配置を維持しながら、他の PC モノマー間の RMSD を推定しました。 PCロッドを構成する各PCモノマーの構造には大きな違いはありませんでしたが、PCロッド内のリンカータンパク質の相互作用により、PCロッド内のディスクBの配置に大きな変化が生じました。

クライオ EM および X 線結晶構造解析 (PDB コード: 3O2C、T. vulcanus の PC 構造) によって解析された PC ロッドの重ね合わせにより、PC ロッド内の PC モノマー (モノマー 1 ～ 12) の配置の変化が明らかになりました。これは主にリンカータンパク質との相互作用によって引き起こされました（図7および補足表7）。 ディスクA（図7a）のモノマー1間のRMSDは小さい（0.55Å）のに対し、モノマー3間のRMSDは大きい（2.60Å）。これは、CpcD領域（残基55〜65 [赤]および68〜74）間の相互作用によります。 [緑色]) およびモノマー 3 の CpcB 領域 (残基 109 ～ 122 [オレンジ]) (図 7a)。 モノマー 2 間の RMSD はディスク A (4.06 Å) で最大であり (図 7a)、モノマー 3 の配置の変化は相互作用を維持するために必要なモノマー 2 の配置の変化によって引き起こされたことを示唆しています。ディスク A (図 7b) では、モノマー 1 の下側に位置するモノマー 4 の間の RMSD は、モノマー 1 の RMSD (0.76 Å) と同じくらい小さい (図 7b)。 ただし、モノマー 5 とモノマー 6 の間の RMSD はわずかに大きく (それぞれ 1.49 Å と 1.40 Å)、これは CpcC 領域 (残基 123 ～ 127 [シアン] と 197 ～ 204 [緑色]) 間の相互作用によるものであることを示唆しています。 )、モノマー 5 (残基 14 ～ 17 [緑色]) およびモノマー 6 (残基 113 ～ 122 [シアン]) のもの。

PC ロッド (ディスク A およびディスク B) のクライオ EM マップ。 b PC ロッド内のリンカータンパク質 (CpcC、CpcD、および CpcG) の配置。 c bのPCロッドを90°回転させた構造。

a ディスク A の上部の重ね合わせ。リンカータンパク質 CpcD (残基 55 ～ 65 [「パネル 1」の赤色] および 68 ～ 74 [「パネル 1」の緑色])) は、CpcB 領域 (残基 109 ～ 122) と相互作用します。 PC モノマー 3 の [オレンジ色]) (「パネル 1」のオレンジ色)。 b ディスク A の下部の重ね合わせ。リンカータンパク質 CpcC (残基 123 ～ 127 [「パネル 2」のシアン]) および 197 ～ 204 [「パネル 2」の緑色] 3"]) は、CpcB 領域 (それぞれ PC モノマー 5 の残基 14 ～ 17 [「パネル 2」の緑色]、および PC モノマー 6 の残基 113 ～ 122 [「パネル 3」のシアン]) と相互作用します。 c ディスク B の上部の重ね合わせ。CpcC の「CpcD 様構造 (残基 234 ～ 287)」は、PC モノマー 9 の CpcB 領域 (残基 109 ～ 122、「パネル 4」のオレンジ色) と相互作用します。 CpcC および CpcD の領域 (残基 234 ～ 287) の値は 1.3 です。 d ディスク B の下部の重ね合わせ。リンカータンパク質 CpcG2 (残基 9 ～ 38 [「パネル 5」の緑色]) は、モノマー 10 の領域 (残基 78 ～ 90 および 109 ～ 122 [「パネル 5」の黄色]) と相互作用します。 ]) および 11 (残基 1 ～ 15 および 105 ～ 115 [「パネル 5」の黄色])。 「1 ～ 5」とマークされた領域は、リンカータンパク質と各 PC モノマーの相互作用部分の拡大図です。 らせんモデルと透明表面モデルは、それぞれクライオ EM と X 線結晶構造解析によって解析された PC ロッドを表します。 パネル 1 ～ 6 は、各 PC 三量体とリンカータンパク質の相互作用の拡大図を示しています。

特に、ディスクBのモノマーの配置は、X線結晶構造解析によって解析されたPCロッドの配置と比較して大幅に変化しています（図7c、d）。 この主要な再配列は Nostoc 7120 PC ロッドでも発生し、これがディスク B のリンカータンパク質 (CpcC および CpcG) の相互作用によるものであることを強く示唆しています。ディスク B のモノマー (7 ～ 12) 間の RMSD は 21.3 Å です。 、１４．８Å、１０．６Å、１１．６Å、１８．３Å、および１５．４Åそれぞれ。 ディスクB（図7c）はCpcCおよびCpcG2と相互作用し、CpcCの「CpcD様構造（残基234〜287）」はモノマー9のCpcB領域（残基109〜122[オレンジ]）と特異的に相互作用します。相互作用は、モノマー 3 の CpcD と CpcB の間の相互作用と非常によく似ています。ディスク B (図 7d) では、ディスク B (図 7c) と同様に、結晶構造と比較して配列に大きな変化、つまり相互作用がありました。 CpcG2領域の残基（残基9〜38 [緑色]）とモノマー10（残基78〜90、109〜122 [黄色]）および11（残基1〜15、105〜115 [黄色]）の間（図7d） ）。 リンカータンパク質は PC ロッドの構造安定化に寄与しており、リンカータンパク質の多くの領域はロッド内の発色団に近接しているため、リンカータンパク質がこれらの発色団のエネルギーレベルの微調整にも寄与していることが示唆されています。

さらに、構造比較のために、T. vulcanus PCロッドとNostoc 7120 PCロッド（Rs1：CpcG2を含むPCロッド）を重ね合わせました（補足図16および補足表7）。 全体的な構造は非常に似ていますが、Nostoc 7120 PC ロッドのディスク A とディスク B の配置は結晶構造の配置とは異なります。 これは、結晶構造における PC 三量体間の対称的な相互作用が結晶充填によるものであることを示唆しています。 2 つの PC ロッドの違いの 1 つは、Nostoc 7120 PC ロッド (Rs1) には CpcD が含まれておらず、ディスク A の CpcD 付近の PC モノマーの配置が Nostoc 7120 PC ロッドの配置とは異なることです (RMSD = 2.79)。 ）、この配置の変化は、T. vulcanus のモノマー 3 における CpcD と CpcB の間の相互作用によって引き起こされたことを示唆しています。

特にPCロッドのディスクAとBの境界における発色団の配置は、リンカータンパク質との相互作用によりPC構造の結晶パッキングから推測されるものとは異なります（図8）。 小さなロッド キャップ リンカー ドメインである CpcD (LR) は、無傷の PBS の最も外側のリンカー タンパク質であり、励起エネルギーは PC ロッド内のディスク A からディスク B に移動します。 PBS コアと同様に、発色団間の励起子結合は PC ロッド内のエネルギー移動に寄与します。 この相互作用により、PC 三量体中の PC モノマー間で、β155 から β84 へ、および α84 から β8452 へのエネルギー移動が起こります。 CpcCと相互作用するディスクAとディスクBのβ84は、PCロッドのPC六量体で互いに近接しており、励起エネルギーが発色団を介してPCロッドのディスクAからディスクBに移動することを示唆しています( β84s）はCpcCと相互作用します（発色団間の距離：26〜27Å）（図8）。 以前の PC の分光学的研究では、リンカータンパク質と相互作用する PC ロッドの β84 が、PC 六量体間のエネルギー移動に関与していると提案されました 52,53,54。 したがって、ディスクAとBの間の境界にある6つのβ84（図8b）は、ディスク間のエネルギー伝達に関与している可能性があります。 リンカータンパク質の発色団の周囲にある特徴的なアミノ酸残基、およびこれらの残基と発色団の間の相互作用は、PC ロッドにおける一方向のエネルギー伝達にとって重要であると考えられます。

a PCロッド内の発色団の配置。 α84、β84、β155 はそれぞれシアン、グリーン、イエローに着色されています。 b リンカータンパク質と相互作用する PC ロッド内の β84 の配置。 ディスク A とディスク B の境界にある β84 は緑色で示されており、これらの発色団はディスク A とディスク B の間のエネルギー伝達に関与しています。β84 付近のリンカータンパク質のアミノ酸残基は B に示されています。

要約すると、T. vulcanus の PBS コアと PC ロッド (多くのシアノバクテリア種に見られる半円盤構造) のクライオ EM 分析により、PBS とその周囲の構造における発色団の配置が明らかになりました。 我々は、T. vulcanus PBS の A シリンダー内に 3 つの APC 三量体を同定しました。これは、他のシアノバクテリア種の PBS で観察されたものとは異なります。 この原因については不明な点が多く、今後の詳しい調査が必要である。 T. vulcanus PBS の C シリンダーとその周囲の構造、および末端エミッターの 1 つである ApcE の全体構造は、Nostoc 7120 PBS の構造と非常によく似ていました。 特に、ApcE の発色団と Trp 間の相互作用は高度に保存されており、この相互作用は PBS から PSII へのエネルギー移動にとって重要です。 しかし、発色団の周囲のアミノ酸残基は種間でわずかに異なり、これは種間の発色団のエネルギーレベルの微調整の違いを反映していることを示唆しています。 クライオ EM によって解析された PC ロッドの全体構造は、これまでに報告されている PC ロッドの構造 (特に 2 つのディスク間の相互作用) とは異なっており、これはリンカータンパク質との相互作用によるものと考えられます。 PCロッドはPBSコアから解離しやすいため、詳細な構造を明らかにすることが困難です。 したがって、無傷の PBS の構造を解析するだけでなく、解離した PC ロッドをさらに解析する必要があります。 PBS の構造は種によって異なるため、PBS の構造に関する情報は、光合成の進化とその経路の多様性に関する研究の基礎となります。 今後、この構造情報に基づいて変異研究、分光学的研究、理論的研究を実施し、PBSの機能への理解を深めていきます。

好熱性シアノバクテリア T. vulcanus NIES-2134 の細胞は、リン酸培地で培養されました 55,56。 無傷のPBSおよびPBSコアは、参考文献に記載されているプロトコールに従って調製されました。 チラコイド膜、PSI、およびPSIIは、参考文献に記載されているプロトコールに従って調製されました。 55、56。 PC ロッドの場合、無傷の PBS を穴のあいたカーボン フィルムでコーティングされた銅グリッド上にマウントし (グリッドの前処理の説明については「クライオ EM のサンプル調製とデータ収集」を参照)、次に少量のバッファーを加えました。 10 mM リン酸緩衝液を含む溶液を素早く加えて、サンプル中のリン酸濃度を 0.5 M 未満に下げました。これにより、無傷の PBS から PC ロッドが解離しました。

無傷の PBS を 2% (w/v) 酢酸ウラニルでカーボンコートグリッド上で 23 °C で 1 分間染色し、グリッド上に残った溶液を乾燥前に除去しました。 得られたグリッドを、200 kV で動作する電子顕微鏡 (JM-2100; JEOL、東京、日本) に移しました。 画像は、Oneview カメラ (AMETEK、バーウィン、ペンシルバニア州、米国) を使用して、公称倍率 60,000 倍 (ピクセル サイズ: 1.90 Å) で記録されました。 ネガティブ染色されたEM画像のデータ処理はRELION-3.1.057を用いて行われた。 コントラスト伝達関数 (CTF) パラメーターは CTFFIND4-1.1058 を使用して推定され、無傷の PBS 粒子はリファレンスフリーの粒子ピッキング プログラムである Xmipp359 を使用して選択されました。 合計 9,358 個の粒子が 249 枚の画像から抽出され、RELION-3.1.0 を使用した参照フリーの 2D 分類が行われました。

PBS コアと PC ロッドの構造を明らかにするために、以下の方法でクライオ EM 用のグリッドを作成しました。 Au スパッタリングで前処理した穴あきカーボン膜コーティング銅グリッド (Quantifoil R1.2/1.3 Cu 200 メッシュ、Microtools GmbH、ベルリン、ドイツ) を、イオンコーター (JEC-3000FC、日本電子) を使用して 10 秒間グロー放電させました。 、 東京、日本）。 PBS コアの場合、3.0 μL の PBS コアをグリッドに適用し、濾紙で 4 秒間ブロットした後、FEI Vitrobot Mark IV (Thermo Fisher Scientific、ウォルサム、マサチューセッツ州、米国) を使用して冷却エタン中で直ちにプランジ凍結しました。湿度100%、4℃下。 PC ロッドの場合、3.5 μL の精製サンプルをグリッドに適用し、グリッド上で 1.5 μL の 10 mM リン酸緩衝液で希釈しました。 次に、グリッドの汚れを取り除き、自家製プランジャーを使用して冷却エタン中で手動でプランジ凍結しました。 次に、グリッドを、冷陰極電界放出銃とスリット幅 20 eV のカラム内エネルギー フィルターを備えた CRYO ARM 300 電子顕微鏡 (JEOL) に導入しました。 線量分割画像は、K2 Summit 直接電子検出器 (AMETEK、バーウィン、ペンシルバニア州、米国) を計数モードで使用して記録しました。 すべての画像は、JEOL 自動データ収集システム 60 を使用して、公称倍率 40,000 倍 (1.24 Å のピクセル サイズに相当) で補正されました。 PBS コアと PC ロッドの公称デフォーカス範囲と線量率は、それぞれ、50 フレームで -0.5 μm ～ -1.5 μm と 84.1 e- Å-2、30 フレームで -0.5 μm ～ -1.5 μm と 50.5 e- Å-2 でした。 。 合計で、PBS コアと PC ロッドについてそれぞれ 4600 と 2865 のムービーを収集しました。

PBS コアの収集されたムービー スタックは、時間の経過に伴うビーム傾斜の変化を補正するために 8 つの光学グループに分割されました。 ドリフト補正と線量加重フレーム加算は MotionCor2-1.3.261 を使用して実行され、CTF パラメーターは CTFFIND4-1.1058 を使用して推定されました。 画像は、トーン リング パターンに基づいてさらなるデータ処理のために選択されました。 PBS コア粒子は手動で選択され、RELION-3.1.057 による参照不要の 2D 分類を受けて、自動粒子選択用の参照画像が作成されました。 合計 128,676 個の粒子が自動的に選択され、2.48 Å のピクセル サイズで抽出されました。 2D 分類後の 45,427 個の粒子を含む良好な平均クラスは、cryoSPARC-2.12.062 での ab initio 三次元 (3D) 再構成の対象となりました。 RELION での 3D 分類に従って、25,532 個の粒子を含むよく整列された 3D クラスが 1.24 Å のピクセル サイズで抽出され、二重対称の強化によるさらなる 3D 改良に使用されました。 RELION での後処理により、ゴールドスタンダード FSC に基づいた 4.75 Å の解像度マップが得られました。 ベイジアン研磨と CTF 改良を 2 回繰り返した後、最終的に解像度は 3.71 Å に達しました。

PC12mer の場合、すべてのムービー スタックは、ドリフト補正、フレーム合計、および CTF パラメータ推定のために MotionCor2-1.2.1 および Gctf-1.0663 を使用して処理されました。 812,327 個の粒子は、EMAN-2.3.164 を使用した畳み込みニューラル ネットワーク ピッキングによって選択され、RELION-3.0 を使用した抽出中に 4.96 Å のピクセル サイズにビニングされました。 2 回の 2D 分類の後、309,291 個の粒子が選択され、cisTEM-1.0.0 beta65 を使用した非経験的モデル構築が行われました。 EMAN-2.3.1 を使用した 3D 参照により、良好な粒子が自動的に再度選択されました。 合計で、2D および 3D 分類に基づいて、1,022,349 個の選択された粒子から、ピクセル サイズ 1.86 Å の 159,537 個の粒子が選択されました。 RELION-3.0 を使用した 3D リファインメントが実行され、ベイジアン研磨、CTF リファインメント、および追加の 3D 分類に続いて、対称性の強制なしで 111,054 個の粒子で解像度が 4.19 Å に向上しました。 詳細については、補足図を参照してください。 4、5および補足表1。

T. vulcanus の PBS コアと PC ロッドの初期モデルは、PC および APC の参照モデル (PDB コード: 3O18 および 3DBJ) を使用して構築され、相同性モデリングは SWISS-MODEL サーバー (https://swissmodel.expasy. org/) のリンカータンパク質 (PDB コード: 5Y6P および 6KGX) の構造を参照してください。 得られたモデルは、UCSF Chimera (バージョン 1.13) の「マップに適合」プログラムを使用してクライオ EM マップに適合され、PBS コアと PC ロッドの初期モデルが作成されました。 初期モデルは、COOT を使用してクライオ EM マップに適合するように手動で変更され、Phenix (バージョン 1.19.2) を使用して改良されました。 続いて、PBS コアおよび PC ロッド内の各サブユニットとその相互作用サブユニットをグループ化し、CCP-EM の REFMAC5 (バージョン 5.8.0267) を使用してクライオ EM マップに対して精製しました。 最後に、グループ化されたモデルが 1 つに結合され、Phenix を使用して全体の構造 (PBS コアと PC ロッド) が洗練されました。 洗練されたモデルの洗練された統計は、Phenix の包括的な検証プログラムを使用して取得されました。 T. vulcanus 由来の PBS コアおよび PC ロッド内のリガンドに必要な拘束は、電子リガンド結合ビルダーおよび最適化ワークベンチ 66 によって生成されました。 メチル化Asn（リガンドID：MEN）とフィコシアノビリン（リガンドID：CYC）の拘束情報は、高分解能結晶構造（PDBコード：3O18）で同定されたMENのモデルから得られました。 包括的な検証 (Phenix で)、Q-score39、および FSC-Q67 を使用して、洗練された構造モデル (PBS コアおよび PC ロッド) を検証しました。

構築された PBS コアにおける PCB の配置とその配向に基づいて、おおよその配向係数 κ2 が推定されました (補足表 6)。 これらの推定は、特に PBS コア内のシリンダー間のエネルギー伝達に関与すると考えられる部位と、末端エミッターに対して行われました。 励起エネルギー伝達率 (kEET) は式 1 で与えられます。 (1) ここで、V と Θ はそれぞれ電子結合係数と重なり積分です。

補足図11(a)に示すように、ドナー(D)とアクセプター(A)の遷移双極子モーメントは、それぞれμDとμAです。 r は D と A の間の分子間中心間距離です。V は近似式 [式 10] で表されます。 (2) および (3)]、配向係数 (κ2) は式 (2) によって推定できます。 (4)。

PCB の遷移双極子モーメントの方向は、参考文献を参照して決定されました。 68（補足図11および12）。

チラコイド膜、PSII、PSII、および PBS の吸収スペクトルは、UV-2600 分光光度計 (島津製作所、京都、日本) を使用して 23 °C で測定しました。 チラコイド膜のスペクトルは、オパールガラス法を使用して測定されました。

ジチオスレイトールで変性したポリペプチドを、10〜20％のアクリルアミドを含むSuperSepゲル（和光、東京、日本）で分離し、クマシーブルーで染色しました（補足図2c）。 ゲルイメージング システム (ChemiDoc XRS + システム、Bio-Rad、米国カリフォルニア州ハーキュリーズ) を使用して、染色されたゲルの写真を撮影しました。 分離されたポリペプチド (ApcC および CpcD を含むバンド) を MS によって同定しました。 得られたタンパク質バンドを、トリプシン 69 を使用した in situ 消化によって処理しました。 断片化されたペプチドは、Autoflex Speed (Bruker Daltonik GmbH、ブレーメン、ドイツ) を使用したペプチド質量フィンガープリンティングおよび MS/MS によって分析されました。 得られた質量スペクトルは、MASCOT サーバー (Matrix Science Inc.、ボストン、マサチューセッツ州、米国) を使用して分析しました。

シアノバクテリア、緑藻類、および紅藻類の選択された菌株からの 38 の ApcE 配列は、NCBI ウェブサイト (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) の blastp プログラムによって取得されました (補足図 8 および9)。 配列は、L-INS-i オプション 70 を備えた mafft (v.7.478) を使用してアラインメントされました。 ApcE シーケンスの最尤ツリーは、ModelFinder によって選択された LG + F + R5 モデルを備えた iqtree2 (v.2.1.4) を使用して推定されました。 ツリーの統計的サポートは、超高速ブートストラップ近似を 1,000 回繰り返して推定されました 71。 ApcE のドメイン構成は、HMMER (v.3.3.2; http://hmmer.org/) の hmmscan プログラムと Pfam データベースを使用して決定されました72。 系統樹とドメイン構成は iToL (v.473) を使用して視覚化されました。

研究デザインの詳細については、この記事にリンクされている Nature Research レポートの概要をご覧ください。

Thermosynechococcus vulcanus から報告されている PBS コアと PC ロッドの構造の原子座標とクライオ EM マップは、アクセッション コード 7VEA (PBS コア) および 7VEB (PC ロッド) でタンパク質データ バンク、および電子顕微鏡データ バンクに寄託されました。アクセッションコードはそれぞれEMD-31944（PBSコア）およびEMD-31945（PCロッド）です。 この研究で生成されたグラフと図は、補足情報/ソース データ ファイルで提供されます。 他のデータは、合理的な要求に応じて対応する著者から入手できます。 ソースデータはこの文書で提供されます。

Sidler、WA フィコビリソームとフィコビリタンパク質の構造 (Advanced PhotoSynthetic and Re呼吸、第 1 巻、Springer、Dordrecht、1994)、139 ～ 216 ページ。

ガン、F.ら。 遠赤色光におけるラン藻光合成装置の大規模な改造。 サイエンス 345、1312–1317 (2014)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

リー、Ｙら。 クロロフィル F 含有シアノバクテリア Halomicronema hongdecilis から単離された赤方偏移フィコビリソームの特性評価。 ビオチム。 生物物理学。 アクタ・バイオエナジー。 1857、107–114 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Scheer, H. & Zhao, KH ビリタンパク質の成熟: 発色団の付着。 モル。 微生物。 68、263–276 (2008)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bryant, DA、Guglielmi, G.、de Marsac, NT、Castets, AM、Cohen-Bazir, G. シアノバクテリアのフィコビリソームの構造: モデル。 アーチ。 微生物。 123、113–127 (1979)。

記事 CAS Google Scholar

Arteni、AA、Ajlani、G. & Boekema、EJ Synechocystis sp. 由来のフィコビリソームの構造組織 PCC6803 株とその膜との相互作用。 ビオチム。 生物物理学。 アクタ・バイオエナジー。 1787、272–279 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

チャン、L.ら。 無傷のフィコビリソームの構造組織と光化学系 II との関連。 セル解像度 25、726–737 (2015)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

アルテニ、AA 他。 紅藻 Porphyridium cruentum の膜上のフィコビリソームの構造と組織化。 フォトシンセ。 解像度 95、169–174 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Gantt, E. & Lipschultz, CA Griffithsia pacifica (Rhodophyceae) 由来のフィコビリソームの構造とフィコビリタンパク質組成。 Ｊ．Ｐｈｙｃｏｌ． 16、394–398 (1980)。

記事 CAS Google Scholar

渡邉正人 他シアノバクテリアのアンテナ光化学系 I 超複合体におけるフィコビリソームの付着。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 111、2512–2517 (2014)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

廣瀬 裕也 ほかシアノバクテリアのフィコエリスロシアニンと桿状フィコビリソームを制御する多様な色順応プロセス。 モル。 植物。 12、715–725 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Marquardt, J.、Senger, H.、Miyashita, H.、Miyachi, S. & Mörschel, E. 主にクロロフィル d を含むプロクロロン様原核生物、アカリオクロリス マリーナからのビリプロテイン凝集体の単離と特性評価。 FEBSレター。 410、428–432 (1997)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Chen, M.、Floetenmeyer, M. & Bibby, TS クロロフィル D 含有シアノバクテリア、アカリオクロリス マリーナにおけるフィコビリタンパク質の超分子組織。 FEBSレター。 583、2535–2539 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Guglielmi, G.、Cohen-Bazir, G. & Bryant, D. Gloeobacter violaceus とそのフィコビリオソームの構造。 アーチ。 微生物。 129、181–189 (1981)。

記事 CAS Google Scholar

Glazer, AN、Williams, RC、yamanaka, G. & Schachman, HK 両性イオン界面活性剤中のシアノバクテリアのフィコビリソームの特性評価。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 76、6162–6166 (1979)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cohen-Bazire, G. & Bryant, DA フィコビリソーム: 組成と構造。 出典: Carr NG、Whitton BA (編著) シアノバクテリアの生物学。 pp.143–190 (ブラックウェル、オックスフォード、ロンドン、1982)。

Glauser, M. et al. シアノバクテリア Mastigocladus laminosus および Anabaena sp. のフィコビリソーム構造 PCC 7120。ユーロ。 Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ． 205、907–915 (1992)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Collier, JL & Grossman, AR 小さなポリペプチドが、栄養が枯渇したシアノバクテリアにおいて光を集めるフィコビリタンパク質の完全な分解を引き起こします。 EMBO J. 13、1039–1047 (1994)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang、J.ら。 紅藻 Griffithsia pacifica のフィコビリソームの構造。 ネイチャー 551、57–63 (2017)。

論文 ADS PubMed CAS Google Scholar

Ma、J.ら。 Porphyridium purpureum フィコビリソームにおけるエネルギー伝達の構造基盤。 ネイチャー 579、146–151 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Adir, N.、Bar-Zvi, S.、Harris, D. 驚くべきフィコビリソーム。 ビオチム。 生物物理学。 アクタ・バイオエナジー。 1861年、148047年（2020年）。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zheng、L.ら。 シアノバクテリアのフィコビリソームにおけるエネルギー伝達機構の構造的洞察。 ナット。 共通。 12、5497 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kosourov, S.、Murukesan, G.、seibert, M. & Allahverdiyeva, Y. 光独立栄養条件下でのシアノバクテリアおよび緑藻の薄膜における光エネルギーから H2 エネルギーへの変換効率の評価。 藻類研究 28、253–263 (2017)。

記事 Google Scholar

Santos-Merino, M.、Singh, AK & Ducat, DC シアノバクテリア代謝工学のための合成生物学ツールの新しい応用。 フロント。 バイオエンジ。 バイオテクノロジー。 7、1–24 (2019)。

記事 Google Scholar

キム、MJ 他ブロードバンド多重リビング太陽電池。 ナノレット。 20、4286–4291 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

川上和也ほか好熱性シアノバクテリア Thermosynechococcus vulcanus 由来のフィコビリソーム複合体の構造的意味。 ビオチム。 生物物理学。 アクタ・バイオエナジー。 1862年、148458年（2021年）。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Liu、H.ら。 構造モデリングと化学架橋によって明らかにされたシアノバクテリアのフィコビリソームコアの構造。 科学。 上級 7、1–11 (2021)。

Google スカラー

趙、ＫＨら。 フィコビリン:システイン 84 ビリプロテイン リアーゼ。シアノバクテリアのフィコビリプロテインのシステイン 84 結合部位に対するほぼ万能のリアーゼです。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 104、14300–14305 (2007)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nganou, C.、David, L.、Adir, N.、Mkandawire, M. リンカータンパク質は、Thermosynechococcus vulcanus のフィコビリソーム アンテナ システムにおける超高速励起エネルギー伝達を可能にします。 フォトケム。 フォトビオール。 科学。 15、31 (2015)。

論文 PubMed CAS Google Scholar

廣田 裕也 ほか ps蛍光およびfsポンププローブ分光法によって明らかにされた、サーモシネココッカス・ブルカヌス由来のフィコビリソームの超高速エネルギー移動ダイナミクス。 フォトシンセ。 解像度 https://doi.org/10.1007/s11120-021-00844-0。 （2021年）。

McGregor, A.、Klartag, M.、David, L. & Adir, N. アロフィコシアニン三量体の安定性と機能性は、主にフィコシアノビリン結合ポケットの極性が強化された疎水性によるものです。 Ｊ．Ｍｏｌ． バイオル。 384、406–421 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

David, L.、Marx, A. & Adir, N. 三量体および桿体フィコシアニンの高解像度結晶構造。 Ｊ．Ｍｏｌ． バイオル。 405、201–213 (2011)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Adir, N.、Dobrovetsky, Y. & Lerner, N. 好熱性シアノバクテリア Synechococcus vulcanus 由来の c-フィコシアニンの 2.5 Å での構造: フィコビリオーム集合における熱安定性に対する構造的影響。 Ｊ．Ｍｏｌ． バイオル。 313、71–81 (2001)。

Adir, N. & Lerner, N. フィコビリソームのコアとロッドの間のコネクターの可能性がある c-フィコシアニンの新規非メチル化型の結晶構造。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． 化学。 278、25926–25932 (2003)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Murray, JW、Maghlaoui, K. & Barber, J. Thermosynechococcus elongatus からのアロフィコシアニンの構造 (解像度 3.5 Å)。 アクタクリスタログル。 宗派。 F. 構造体。 バイオル。 クリスタ。 共通。 63、998–1002 (2007)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Marx, A. & Adir, N. アロフィコシアニンとフィコシアニンの結晶構造は、フィコビリソーム集合の側面を明らかにします。 ビオチム。 生物物理学。 アクタ・バイオエナジー。 1827、311–318 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

デビッド、L.ら。 構造研究により、安定化フィコビリソーム内のエネルギー移動はロッドコア集合の様式とは独立していることが示されています。 ビオチム。 生物物理学。 アクタ・バイオエナジー。 1837、385–395 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

ケストナー、B.ら。 GraFix: 単粒子電子極低温顕微鏡法用のサンプル前処理。 ナット。 方法 5、53 ～ 55 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Pintilie, G. et al. Q スコアを使用したクライオ EM マップの原子分解能の測定。 ナット。 方法 17、328–334 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

斉藤和久、三橋和久、石北裕、荷電基の配向に対するクロロフィル波長の依存性：なぜ光化学系 II では付属のクロロフィルのサイトエネルギーが低いのでしょうか？ Ｊ．Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ． フォトビオール。 化学。 402、112799 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Förster、T. 分子間エネルギー移動と蛍光、55 ～ 75 ページ (1948)。

Stryer, L. & Haugland, RP エネルギー伝達: 分光定規。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 58、719–726 (1967)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Womick, JM & Moran, AM アロフィコシアニンの集光二量体における励起子のコヒーレンスとエネルギー輸送。 Ｊ．Ｐｈｙｓ． 化学。 B. 113、15747–15759 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Womick、JM および Moran、AM C-フィコシアニンの励起状態と弛緩メカニズムの性質。 Ｊ．Ｐｈｙｓ． 化学。 B. 113、15771–15782 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ウォン、CY 他電子コヒーレンスの線形は、光合成光収集における隠れた励起子相関を明らかにします。 ナット。 化学。 4、396–404 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

MacColl、R. アロフィコシアニンとエネルギー伝達。 ビオチム。 生物物理学。 アクタ・バイオエナジー。 1657、73–81 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

Soulier, N. & Bryant, DA アロフィコシアニンによる遠赤色光吸収の構造的基礎 Photosynth。 解像度 147、11–26 (2021)。 https://doi.org/10.1007/s11120-020-00787-y。

Zhao, J. Zhou, J. & Bryant, DA シネココッカス属の変異体の分析から推定されたフィコビリソームにおけるエネルギー伝達プロセス PCC 7002. N. Murata (編)、光合成の研究、Vol. 1、25–32 (Kluwer、ドルドレヒト、1992)。

Dong, C. et al. ApcD はフィコビリソームから光化学系 I への効率的なエネルギー伝達に必要であり、シアノバクテリア Synechococcus sp. の光阻害を防ぐのに役立ちます。 PCC 7002。ビオチン。 生物物理学。 アクタ・バイオエナジー。 1787、1122–1128 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Ashby, MK & Mullineaux, CW シアノバクテリアにおけるフィコビリソームから PS I および PS II へのエネルギー伝達における ApcD および ApcF の役割。 フォトシンセ。 解像度 61、169–179 (1999)。

記事 CAS Google Scholar

Tang, K. et al. 末端フィコビリソームエミッター、LCM: フィトクロム発色団を持つ集光色素。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 112、15880–15885 (2015)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

三室正史：光合成色素系における励起エネルギー流に関する研究； 構造とエネルギー伝達メカニズム。 ボット。 マグ。 103、233–253 (1990)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang, J.、Zhao, F.、Zheng, X.、Wang, H. シアノバクテリア Anabaena variabilis の C-フィコシアニン 6 量体における 2 つの三量体間の励起伝達ダイナミクスの直接測定。 化学。 物理学。 レット。 304、357–364 (1999)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Niedzwiedzki, DM、Bar-Zvi, S.、Blankenship, RE & Adir, N. シアノバクテリア アカリオクロリス マリーナ由来のフィコビリソームにおける励起エネルギー移動経路のマッピング。 ビオチム。 生物物理学。 アクタ・バイオエナジー。 1860、286–296 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Shen, J.-R.、川上 K. & Koike, H. 好熱性シアノバクテリアからの酸素発生光化学系 II コア複合体の精製と結晶化。 フォトシンセ。 解像度プロトック。 684、41–51 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Kawakami, K. & Shen, JR 好熱性シアノバクテリアからの完全に活性で結晶化可能な光化学系 II の精製。 方法酵素mol。 613、1–16 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zivanov、J.、Nakane、T.、Scheres、SHW RELION-3.1 のクライオ EM データセットからの高次収差と異方性倍率の推定。 IUCrJ 7、253–267 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rohou, A. & Grigorieff, N. CTFFIND4: 電子顕微鏡写真からの高速かつ正確な焦点ぼけ推定。 Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ． バイオル。 192、216–221 (2015)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

デ・ラ・ロサ＝トレビン、JM 他 Xmipp 3.0: 電子顕微鏡における画像処理のための改良されたソフトウェア スイート。 Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ． バイオル。 184、321–328 (2013)。

論文 PubMed Google Scholar

Zhang、J.ら。 JADAS: カスタマイズ可能な自動データ収集システムと、氷に埋め込まれた単一粒子へのそのアプリケーション。 Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ． バイオル。 165、1–9 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zheng、SQら。 MotionCor2: 改善されたクライオ電子顕微鏡のためのビーム誘起運動の異方性補正。 ナット。 方法 14、331–332 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Punjani, A.、Rubinstein, JL、Fleet, DJ & Brubaker, MA crioSPARC: 教師なしの迅速なクライオ EM 構造決定のためのアルゴリズム。 ナット。 方法 14、290–296 (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhang, K. Gctf: リアルタイム CTF の決定と修正。 Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ． バイオル。 193、1–12 (2016)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bell、JM、Chen、M.、Durmaz、T.、Fluty、AC、Ludtke、SJ EMDatabank マップ チャレンジからインスピレーションを得た EMAN2 の新しいソフトウェア ツール。 Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ． バイオル。 204、283–290 (2018)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rohou, A.、Grant, T. & Grigorieff, N. cis TEM、単一粒子画像処理用の使いやすいソフトウェア。 Elife 7、e35383 (2018)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Morarty, NW、Grosse-Kunstleve, RW & Adams, PD Electronic Ligand Builder and Optimization Workbench (eLBOW): リガンドの座標と拘束を生成するためのツール。 アクタクリスタログル。 宗派。 Ｄ．Ｂｉｏｌ． クリスタロガー。 65、1074–1080 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Ramírez-Aportela、E. et al. FSC-Q: 局所フーリエ シェル相関に基づく CryoEM マップから原子モデルまでの品質検証。 ナット。 共通。 12、1–7 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

ヤン、Ｙら。 フィトクロム Pr 光異性化のための活性発色団アイソフォームとサイレント発色団アイソフォーム: 光反応量子収率を最適化するための代替進化戦略。 構造体。 ディン。 1、014701 (2014)。

論文 PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Hellman, U.、Wernstedt, C.、Góñez, J. & Heldin, CH アミノ酸配列決定のための内部タンパク質断片の微量調製のための「ゲル内」消化手順の改良。 アナル。 生化学。 224、451–455 (1995)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Katah, K. & Standley, DM MAFFT 複数配列アライメント ソフトウェア バージョン 7: パフォーマンスと使いやすさの向上。 モル。 バイオル。 進化。 30、772–780 (2013)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nguyen, LT、Schmidt, HA、Von Haeseler, A. & Minh, BQ IQ-TREE: 最尤系統を推定するための高速かつ効果的な確率論的アルゴリズム。 モル。 バイオル。 進化。 32、268–274 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Kalyaanamoorthy, S.、Minh, BQ、Wong, TKF、Von Haeseler, A. & Jermiin, LS ModelFinder: 正確な系統推定のための高速モデル選択。 ナット。 方法 14、587–589 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hoang, DT、Chernomor, O.、Von Haeseler, A.、Minh, BQ & Vinh, LS UFBoot2: 超高速ブートストラップ近似を改善。 モル。 バイオル。 進化。 35、518–522 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

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研究助手の影山優子氏（理研放射光科学研究センター生命構造機構研究室）と宇野理恵氏（大阪首都大学）には、細胞培養、サンプルの調製、電気泳動分析、分光分析などにご協力いただきました。 また、MS/MS 分光分析を行っていただいた大阪市立大学大学院理学研究科の下中智美氏に感謝いたします。 本研究は、日本学術振興会（JSPS）（JP20H05109（株式会社）、JP20K06528（株式会社）、JP17H06434（NK））の助成を受け、一部は産業ナノ材料研究所による共同利用・研究の助成を受けました。熊本大学です。 JST-Mirai プログラム助成番号 JPMJMI20G5 (KY 宛)、および日本医療研究開発機構 AMED の Cyclic Innovation for Clinical Empowerment (CiCLE) (KK、TH、KY 宛)。

These authors contributed equally: Keisuke Kawakami, Tasuku Hamaguchi.

理化学研究所 スプリングエイトセンター 生体構造機構研究室 〒679-5148 兵庫県佐用市1-1-1

Keisuke Kawakami, Tasuku Hamaguchi & Koji Yonekura

豊橋技術科学大学エレクトロニクス学際研究所〒441-8580 愛知県豊橋市天白1-1

広瀬ゆう

熊本大学産業ナノ材料研究所、熊本県、860-8555

Daisuke Kosumi

〒558-8585 大阪府大阪市立大学大学院理学研究科

Makoto Miyata

大阪首都大学大学院自然科学研究機構（OCARINA）、大阪市立大学、558-8585、日本

Nobuo Kamiya

理研バトンゾーンプログラム理研・日本電子連携センター先端電子顕微鏡開発ユニット、〒679-5148 兵庫県

Koji Yonekura

東北大学多元物質科学研究所、〒980-8577 宮城県

Koji Yonekura

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KK と NK が研究を設計しました。 KK はサンプルを準備し、電気泳動分析を実行しました。 KK は分光測定を実施し、KK はネガティブ染色 EM の測定と分析を実施しました。 TH は EM 顕微鏡写真を測定し、TH と KK は EM データ (PBS コア: TH、PC ロッド: KK) を処理して最終的な EM マップを再構築しました (PBS コア: TH、PC ロッド: KK)。 KKは構造解析を行いました。 YH は系統樹分析を実行しました。 DK はデータ分析についてコメントしました。 KY、NK、MM がプロジェクトを監督しました。 KK、TH、KY が草稿を書きました。 KK、TH、KY は最終原稿を修正しました。 そして著者全員が結果の解釈と原稿の改善に貢献しました。

Correspondence to Keisuke Kawakami or Koji Yonekura.

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Communications は、この研究の査読に貢献してくれた Noam Adir、Florent Waltz、およびその他の匿名の査読者に感謝します。 査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

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転載と許可

川上和也、浜口哲也、廣瀬裕也 他好熱性シアノバクテリアの集光性フィコビリソームのコア構造とロッド構造。 Nat Commun 13、3389 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41467-022-30962-9

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受信日: 2021 年 10 月 28 日

受理日: 2022 年 5 月 24 日

公開日: 2022 年 6 月 17 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-30962-9

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応用生理学のジャーナル (2023)

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