業績情報

• Cyclic electron flow A to Z　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi
  JOURNAL OF PLANT RESEARCH, 巻：135, 号：4, 開始ページ：539, 終了ページ：541, 2022年07月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
  SPRINGER JAPAN KK, 英語
  DOI：https://doi.org/10.1007/s10265-022-01402-y
  DOI ID：10.1007/s10265-022-01402-y, ISSN：0918-9440, eISSN：1618-0860, Web of Science ID：WOS:000814039900001
• The NAD Kinase Slr0400 Functions as a Growth Repressor in Synechocystis sp. PCC 6803　　　　　　　　　　　　　　　
  Yuuma Ishikawa; Cedric Cassan; Aikeranmu Kadeer; Koki Yuasa; Nozomu Sato; Kintake Sonoike; Yasuko Kaneko; Atsuko Miyagi; Hiroko Takahashi; Toshiki Ishikawa; Masatoshi Yamaguchi; Yoshitaka Nishiyama; Yukako Hihara; Yves Gibon; Maki Kawai-Yamada
  PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 巻：62, 号：4, 開始ページ：668, 終了ページ：677, 2021年04月, ［査読有り］
  NADP(+), the phosphorylated form of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), plays an essential role in many cellular processes. NAD kinase (NADK), which is conserved in all living organisms, catalyzes the phosphorylation of NAD(+) to NADP(+). However, the physiological role of phosphorylation of NAD(+ )to NADP(+) in the cyanobacterium Synechocystis remains unclear. In this study, we report that slr0400, an NADK-encoding gene in Synechocystis, functions as a growth repressor under light-activated heterotrophic growth conditions and light and dark cycle conditions in the presence of glucose. We show, via characterization of NAD(P)(H) content and enzyme that NAD(+) accumulation in slr0400-deficient mutant results in the unsuppressed activity of glycolysis and tricarboxylic acid (TCA) cycle enzymes. In determining whether Slr0400 functions as a typical NADK, we found that constitutive expression of slr0400 in an Arabidopsis nadk2-mutant background complements the pale-green phenotype. Moreover, to determine the physiological background behind the growth advantage of mutants lacking slr04000, we investigated the photobleaching phenotype of slr0400-deficient mutant under high-light conditions. Photosynthetic analysis found in the slr0400-deficient mutant resulted from malfunctions in the Photosystem II (PSII) photosynthetic machinery. Overall, our results suggest that NADP(H)/NAD(H) maintenance by slr0400 plays a significant role in modulating glycolysis and the TCA cycle to repress the growth rate and maintain the photosynthetic capacity.
  OXFORD UNIV PRESS, 英語, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1093/pcp/pcab023
  DOI ID：10.1093/pcp/pcab023, ISSN：0032-0781, eISSN：1471-9053, Web of Science ID：WOS:000728395500015
• Role of an ancient light-harvesting protein of PSI in light absorption and photoprotection　　　　　　　　　　　　　　　
  Yandu Lu; Qinhua Gan; Masakazu Iwai; Alessandro Alboresi; Adrien Burlacot; Oliver Dautermann; Hiroko Takahashi; Thien Crisanto; Gilles Peltier; Tomas Morosinotto; Anastasios Melis; Krishna K. Niyogi
  NATURE COMMUNICATIONS, 巻：12, 号：1, 2021年01月, ［査読有り］
  Diverse algae of the red lineage possess chlorophyll a-binding proteins termed LHCR, comprising the PSI light-harvesting system, which represent an ancient antenna form that evolved in red algae and was acquired through secondary endosymbiosis. However, the function and regulation of LHCR complexes remain obscure. Here we describe isolation of a Nannochloropsis oceanica LHCR mutant, named hlr1, which exhibits a greater tolerance to high-light (HL) stress compared to the wild type. We show that increased tolerance to HL of the mutant can be attributed to alterations in PSI, making it less prone to ROS production, thereby limiting oxidative damage and favoring growth in HL. HLR1 deficiency attenuates PSI light-harvesting capacity and growth of the mutant under light-limiting conditions. We conclude that HLR1, a member of a conserved and broadly distributed clade of LHCR proteins, plays a pivotal role in a dynamic balancing act between photoprotection and efficient light harvesting for photosynthesis. LHCR proteins are ancient chlorophyll a-binding antennas that evolved in diverse algae of the red lineage. Here Lu et al. characterize a red lineage LHCR mutant and show reduced oxidative damage in high light but attenuated growth under low light, thus demonstrating how LHCR proteins impact the balance between photoprotection and light harvesting.
  NATURE PORTFOLIO, 英語, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-021-20967-1
  DOI ID：10.1038/s41467-021-20967-1, eISSN：2041-1723, Web of Science ID：WOS:000684845600007
• Overexpression of Orange Carotenoid Protein Protects the Repair of PSII under Strong Light in Synechocystis sp. PCC 6803　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi; Yuri Kusama; Xinxiang Li; Shinichi Takaichi; Yoshitaka Nishiyama
  PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 巻：60, 号：2, 開始ページ：367, 終了ページ：375, 2019年02月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  Orange carotenoid protein (OCP) plays a vital role in the thermal dissipation of excitation energy in the photosynthetic machinery of the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. To clarify the role of OCP in the protection of PSII from strong light, we generated an OCP-overexpressing strain of Synechocystis and examined the effects of overexpression on the photoinhibition of PSII. In OCP-overexpressing cells, thermal dissipation of energy was enhanced and the extent of photoinhibition of PSII was reduced. However, photodamage to PSII, as monitored in the presence of lincomycin, was unaffected, suggesting that overexpressed OCP protects the repair of PSII. Furthermore, the synthesis de novo of proteins in thylakoid membranes, such as the D1 protein which is required for the repair of PSII, was enhanced in OCP-overexpressing cells under strong light, while the production of singlet oxygen was suppressed. Thus, the enhanced thermal dissipation of energy via overexpressed OCP might support the repair of PSII by protecting protein synthesis from oxidative damage by singlet oxygen under strong light, with the resultant mitigation of photoinhibition of PSII.
  OXFORD UNIV PRESS, 英語, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1093/pcp/pcy218
  DOI ID：10.1093/pcp/pcy218, ISSN：0032-0781, eISSN：1471-9053, Web of Science ID：WOS:000459634300010
• Configuration of Ten Light-Harvesting Chlorophyll a/b Complex I Subunits in Chlamydomonas reinhardtii Photosystem I　　　　　　　　　　　　　　　
  Shin-Ichiro Ozawa; Till Bald; Takahito Onishi; Huidan Xue; Takunori Matsumura; Ryota Kubo; Hiroko Takahashi; Michael Hippler; Yuichiro Takahashi
  PLANT PHYSIOLOGY, 巻：178, 号：2, 開始ページ：583, 終了ページ：595, 2018年10月, ［査読有り］
  In plants, the photosystem I (PSI) core complex stably associates with its light-harvesting chlorophyll a/b complex I (LHCI) to form the PSI-LHCI supercomplex. The vascular plant PSI core complex associates with four distinct LHCI subunits, whereas that of the green alga Chlamydomonas reinhardtii binds nine distinct LHCI subunits (LHCA1-LHCA9). The stoichiometry and configuration of these LHCI subunits in the PST-LHCI supercomplex of C. reinhardtii remain controversial. Here, we determined the stoichiometry of the nine distinct LHCI subunits relative to PSI subunits through uniform labeling of total proteins using C-14. We separated the nine LHCI polypeptides by three different sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis systems. Our data revealed that the PSI-LHCI supercomplex contains two LHCA1 proteins and one of each of the other eight LHCI subunits. Subsequently, we identified their cross-linked products by immunodetection and mass spectrometry to determine the configuration of the 10 LHCI subunits within the PSI-LHCI supercomplex. Furthermore, analyses of PSI-LHCI complexes isolated from Delta LHCA2 and Delta LHCA5 mutants and oligomeric LHCI from a PSI-deficient (Delta psaA/B) mutant provided supporting evidence for the LHCI subunit configuration. In conclusion, eight LHCI subunits bind to the PSI core at the site of PSAF subunit in two layers: LHCA1-LHCA8-LHCA7-LHCA3 from PSAG to PSAK, in the inner layer, and LHCA1-LHCA4-LHCA6-LHCA5 in the outer layer. The other two LHCI subunits, LHCA2 and LHCA9, bind PSAB between PSAG and PSAH, PSAG-LHCA9-LHCA2-PSAH. Our study provides new insights into the LHCI configuration linked to the PSI core.
  AMER SOC PLANT BIOLOGISTS, 英語, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1104/pp.18.00749
  DOI ID：10.1104/pp.18.00749, ISSN：0032-0889, eISSN：1532-2548, Web of Science ID：WOS:000446486800008
• PROTON GRADIENT REGULATION 5 contributes to ferredoxin-dependent cyclic phosphorylation in ruptured chloroplasts　　　　　　　　　　　　　　　
  Caijuan Wang; Hiroko Takahashi; Toshiharu Shikanai
  BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS, 巻：1859, 号：10, 開始ページ：1173, 終了ページ：1179, 2018年10月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  Antimycin A-sensitive cyclic electron flow (CEF) was discovered as cyclic phosphorylation by Arnon et al. (1954). Because of its sensitivity to antimycin A, PROTON GRADIENT REGULATION 5 (PGR5)/PGR5-like Photosynthetic Phenotype 1 (PGRL1)-dependent CEF has been considered identical to the CEF of Arnon et al. However, this conclusion still needs additional supportive evidence, mainly because of the absence of definitive methods of evaluating CEF activity. In this study, we revisited the classical method of monitoring cyclic phosphorylation in ruptured chloroplasts to characterize two Arabidopsis mutants: pgr5, which is defective in anti-mycin A-sensitive CEF, and chlororespiratory reduction 2-1 (crr2-1), which is defective in chloroplast NDH-dependent CEF. We observed a significant reduction in CEF-dependent pmf formation and consequently ATP synthesis in the pgr5 mutant, although LEF-dependent pmf formation and ATP synthesis were not impaired at photosynthetic photon flux densities below 130 mu mol m(-2) s(-1). In contrast, the contribution of chloroplast NDH complex to pmf formation and ATP synthesis was not significant. Antimycin A partially inhibited CEF-dependent pmf formation, although there may be further inhibition sites. Unlike in the observation in leaves, the proton conductivity of ATP synthase, monitored as g(H)(+), was not enhanced in ruptured chloroplasts of the pgr5 mutant.
  ELSEVIER SCIENCE BV, 英語, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2018.07.011
  DOI ID：10.1016/j.bbabio.2018.07.011, ISSN：0005-2728, eISSN：1879-2650, Web of Science ID：WOS:000444929300019
• PETO Interacts with Other Effectors of Cyclic Electron Flow in Chlamydomonas　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi; Stefan Schmollinger; Jae-Hyeok Lee; Michael Schroda; Fabrice Rappaport; Francis-Andre Wollman; Olivier Vallon
  MOLECULAR PLANT, 巻：9, 号：4, 開始ページ：558, 終了ページ：568, 2016年04月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  While photosynthetic linear electron flow produces both ATP and NADPH, cyclic electron flow (CEF) around photosystem I (PSI) and cytochrome b(6)f generates only ATP. CEF is thus essential to balance the supply of ATP and NADPH for carbon fixation; however, it remains unclear how the system tunes the relative levels of linear and cyclic flow. Here, we show that PETO, a transmembrane thylakoid phosphoprotein specific of green algae, contributes to the stimulation of CEF when cells are placed in anoxia. In oxic conditions, PETO co-fractionates with other thylakoid proteins involved in CEF (ANR1, PGRL1, FNR). In PETO-knock-down strains, interactions between these CEF proteins are affected. Anoxia triggers a reorganization of the membrane, so that a subpopulation of PSI and cytochrome b(6)f now co-fractionates with the CEF effectors in sucrose gradients. The absence of PETO impairs this reorganization. Affinity purification identifies ANR1 as a major interactant of PETO. ANR1 contains two ANR domains, which are also found in the N-terminal region of NdhS, the ferredoxin-binding subunit of the plant ferredoxin-plastoquinone oxidoreductase (NDH). We propose that the ANR domain was co-opted by two unrelated CEF systems (PGR and NDH), possibly as a sensor of the redox state of the membrane.
  CELL PRESS, 英語, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1016/j.molp.2015.12.017
  DOI ID：10.1016/j.molp.2015.12.017, ISSN：1674-2052, eISSN：1752-9867, Web of Science ID：WOS:000373742700008
• Biochemical Characterization of Photosystem I-Associated Light-Harvesting Complexes I and II Isolated from State 2 Cells of Chlamydomonas reinhardtii　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi; Akira Okamuro; Jun Minagawa; Yuichiro Takahashi
  PLANT AND CELL PHYSIOLOGY, 巻：55, 号：8, 開始ページ：1437, 終了ページ：1449, 2014年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  Two photosystems, PSI and PSII, drive electron transfer in series for oxygenic photosynthesis using light energy. To balance the activity of the two photosystems under varying light conditions, mobile antenna complexes, light-harvesting complex IIs (LHCIIs), shuttle between the two photosystems during state transitions. PSI forms a complex consisting of PSI core and its peripheral light-harvesting complex (LHCI) in plants and algae. In a previous study, we isolated a PSI-LHCI-LHCII supercomplex containing both LHCI and LHCII from state 2 cells of Chlamydomonas reinhardtii. In the present study, we isolated a PSI-LHCI-LHCII supercomplex associating with more LHCII complexes under a further optimized protocol. We determined its antenna size by three independent methods and revealed that the associated LHCIIs increased the antenna size by about 70 Chls and transferred light energy to the PSI core. Uniform labeling of total cellular proteins with C-14 indicated that the PSI-LHCI-LHCII supercomplex contains 1.85 copies of LhcbM5 and CP29 and 1.29 copies of CP26. PSI-LHCI-LHCII also stably bound 0.4 copy of ferredoxin-NADP(+) oxidoreductase (FNR) that catalyzes light-induced electron transfer from PSI to NADP(+) in the presence of ferredoxin. We discuss the possible organization of these LHCIIs in the PSI-LHCI-LHCII supercomplex.
  OXFORD UNIV PRESS, 英語, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1093/pcp/pcu071
  DOI ID：10.1093/pcp/pcu071, ISSN：0032-0781, eISSN：1471-9053, Web of Science ID：WOS:000342978000007
• Proton Gradient Regulation 5-Mediated Cyclic Electron Flow under ATP- or Redox-Limited Conditions: A Study of ΔATPase pgr5 and ΔrbcL pgr5 Mutants in the Green Alga Chlamydomonas reinhardtii　　　　　　　　　　　　　　　
  Xenie Johnson; Janina Steinbeck; Rachel M. Dent; Hiroko Takahashi; Pierre Richaud; Shin-Ichiro Ozawa; Laura Houille-Vernes; Dimitris Petroutsos; Fabrice Rappaport; Arthur R. Grossman; Krishna K. Niyogi; Michael Hippler; Jean Alric
  PLANT PHYSIOLOGY, 巻：165, 号：1, 開始ページ：438, 終了ページ：452, 2014年05月, ［査読有り］
  The Chlamydomonas reinhardtii proton gradient regulation5 (Crpgr5) mutant shows phenotypic and functional traits similar to mutants in the Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) ortholog, Atpgr5, providing strong evidence for conservation of PGR5-mediated cyclic electron flow (CEF). Comparing the Crpgr5 mutant with the wild type, we discriminate two pathways for CEF and determine their maximum electron flow rates. The PGR5/proton gradient regulation-like1 (PGRL1) ferredoxin (Fd) pathway, involved in recycling excess reductant to increase ATP synthesis, may be controlled by extreme photosystem I acceptor side limitation or ATP depletion. Here, we show that PGR5/PGRL1-Fd CEF functions in accordance with an ATP/redox control model. In the absence of Rubisco and PGR5, a sustained electron flow is maintained with molecular oxygen instead of carbon dioxide serving as the terminal electron acceptor. When photosynthetic control is decreased, compensatory alternative pathways can take the full load of linear electron flow. In the case of the ATP synthase pgr5 double mutant, a decrease in photosensitivity is observed compared with the single ATPase-less mutant that we assign to a decreased proton motive force. Altogether, our results suggest that PGR5/PGRL1-Fd CEF is most required under conditions when Fd becomes overreduced and photosystem I is subjected to photoinhibition. CEF is not a valve; it only recycles electrons, but in doing so, it generates a proton motive force that controls the rate of photosynthesis. The conditions where the PGR5 pathway is most required may vary in photosynthetic organisms like C. reinhardtii from anoxia to high light to limitations imposed at the level of carbon dioxide fixation.
  AMER SOC PLANT BIOLOGISTS, 英語, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1104/pp.113.233593
  DOI ID：10.1104/pp.113.233593, ISSN：0032-0889, eISSN：1532-2548, Web of Science ID：WOS:000335906300034
• Cyclic electron flow is redox-controlled but independent of state transition　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi; Sophie Clowez; Francis-Andre Wollman; Olivier Vallon; Fabrice Rappaport
  NATURE COMMUNICATIONS, 巻：4, 2013年06月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  Photosynthesis is the biological process that feeds the biosphere with reduced carbon. The assimilation of CO2 requires the fine tuning of two co-existing functional modes: linear electron flow, which provides NADPH and ATP, and cyclic electron flow, which only sustains ATP synthesis. Although the importance of this fine tuning is appreciated, its mechanism remains equivocal. Here we show that cyclic electron flow as well as formation of super-complexes, thought to contribute to the enhancement of cyclic electron flow, are promoted in reducing conditions with no correlation with the reorganization of the thylakoid membranes associated with the migration of antenna proteins towards Photosystems I or II, a process known as state transition. We show that cyclic electron flow is tuned by the redox power and this provides a mechanistic model applying to the entire green lineage including the vast majority of the cases in which state transition only involves a moderate fraction of the antenna.
  NATURE PUBLISHING GROUP, 英語, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1038/ncomms2954
  DOI ID：10.1038/ncomms2954, ISSN：2041-1723, Web of Science ID：WOS:000323624100022
• Identification of the mobile light-harvesting complex II polypeptides for state transitions in Chlamydomonas reinhardtii.　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi; Masakazu Iwai; Yuichiro Takahashi; Jun Minagawa
  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 巻：103, 号：2, 開始ページ：477, 終了ページ：82, 2006年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者］, ［国際誌］
  State transition in photosynthesis is a short-term balancing mechanism of energy distribution between photosystem I (PSI) and photosystem II (PSII). When PSII is preferentially excited (state 2), a pool of mobile light-harvesting complex II (LHCII) antenna proteins is thought to migrate from PSII to PSI, but biochemical evidence for a physical association between LHCII proteins and PSI in state 2 is weak. Here, using the green alga Chlamydomonas reinhardtii, which has a high capacity for state transitions, we report the isolation of PSI-light-harvesting complex I (LHCI) super-complexes from cells locked into state 1 and state 2. We solubilized the thylakoid membranes with a mild detergent, separated the proteins by sucrose density gradient centrifugation, and subjected gradient fractions to gel-filtration chromatography. Three LHCII polypeptides were associated with a PSI-LHCI supercomplex only in state 2; we identified them as two minor monomeric LHCII proteins (CP26 and CP29) and one previously unreported major LHCII protein type II, or LhcbM5. These three LHCII proteins, in addition to the major trimeric LHCII proteins, were phosphorylated upon transition to state 2. The corresponding phylogenetic tree indicates that among the LHCII proteins associated with PSII, these three LHCII proteins are the most similar to the LHC proteins for PSI (LHCI). Our results are important because CP26, CP29, and LhcbM5, which have been viewed as belonging solely to the PSII complex, are now postulated to shuttle between PSI and PSII during state transitions, thereby acting as docking sites for the trimeric LHCII proteins in both PSI and PSII.
  英語, 研究論文（学術雑誌）
  ISSN：0027-8424, PubMed ID：16407170, PubMed Central ID：PMC1326185

• Biochemical characterization of Feffedoxin-NADP-oxidoreductase associated on the purified thylakoids from the green alga Chlamydomonas reinhardtii　　　　　　　　　　　　　　　
  Akira Okamuro; Hiroko Takahashi; Masakazu Iwai; Jun Minagawa; Yuichiro Takahashi
  巻：48, 開始ページ：S171, 終了ページ：S171, 2007年
  英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
  ISSN：0032-0781, Web of Science ID：WOS:000245922701161
• Biochemical characterization of PSI-LHCI/II supercomplex in the green alga chlamydomonas reinhardtii　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi; Yuichiro Takahashi
  巻：48, 開始ページ：S170, 終了ページ：S170, 2007年
  英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
  ISSN：0032-0781, Web of Science ID：WOS:000245922701157

• PGRL1 involves in the stable PSI activity under high light in the green alga Chlamydomonas reinhardtii　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi
  Finland-Japan Seminar 2021, 2021年08月, ［招待有り］, ［国際会議］
  2021年08月 - 2021年08月, 英語, 口頭発表（招待・特別）, online, フィンランド共和国
• 緑藻クラミドモナスにおけるPGRL1タンパク質の機能解明を目指して　　　　　　　　　　　　　　　
  高橋拓子
  第11回日本光合成学会年会およびシンポジウム, 2021年05月, 日本光合成学会, ［招待有り］, ［国内会議］
  2021年05月 - 2021年05月, 日本語, 口頭発表（招待・特別）, オンライン, 日本国
• Cyclic electron flow A to Z　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi
  第84回植物学会シンポジウム, 2020年09月, 日本植物学会, ［招待有り］, ［国際会議］
  2020年09月 - 2020年09月, 英語, シンポジウム・ワークショップパネル（指名）, オンライン, 日本国
• Roles of the overexpression of orange carotenoid protein on the protection of photosystem II against photoinhibition in Synechocystis sp. PCC 6803　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi, Yuri Kusama, Xinxiang Li, Shinichi Takaichi, Shigeru Itoh, Hisanori Yamakawa and Yoshitaka Nishiyama
  Finnish-Japanese Symposium 2016, 2016年09月, ［招待有り］, ［国際会議］
  2016年09月 - 2016年09月, 英語, 口頭発表（招待・特別）, Lapland Hotel Riekonlinna, フィンランド共和国
• カロテノイドシフトの測定法　　　　　　　　　　　　　　　
  高橋拓子
  第7回日本光合成学会ワークショップ「ジョリオ型分光光度計で光合成のどんな活性を測定できるのか」, 2015年05月, 日本光合成学会, ［招待有り］, ［国内会議］
  2015年05月 - 2015年05月, 日本語, シンポジウム・ワークショップパネル（指名）, 岡山大学理学部生物学科, 日本国
• 光化学系I:複合体リモデリングからサイクリック電子伝達へ　　　　　　　　　　　　　　　
  高橋拓子
  第6回日本光合成学会年会および公開シンポジウム, 2015年05月, 日本光合成学会, ［招待有り］, ［国内会議］
  2015年05月 - 2015年05月, 日本語, 口頭発表（招待・特別）, 岡山国際交流センター, 日本国
• The cyclic electron flow in the green alga Chlamydomonas reinhardtii　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi
  第7回日独間二国間セミナー, 2015年03月, ［招待有り］, ［国際会議］
  2015年03月 - 2015年03月, 英語, 口頭発表（招待・特別）, かんぽの宿熱海本館, 日本国
• 緑藻におけるサイクリック電子伝達、それに関わる役者と調整の解析と考察　　　　　　　　　　　　　　　
  高橋拓子
  第17回植物オルガネラワークショップ, 2015年03月, オルガネラワークショップ, ［招待有り］, ［国内会議］
  2015年03月 - 2015年03月, 日本語, 口頭発表（招待・特別）, 東京大学駒場Iキャンパス, 日本国
• Functional analysis of PetO in the green alga Chlamydomonas reinhardtii　　　　　　　　　　　　　　　
  Hiroko Takahashi, Jean Alric, Fabrice Rappaport, Stefan Schmollinger, Michael Schroda, Francis-André and Olivier Vallon
  Journée de la sociéte française de photosynthése 2012, 2012年05月, French sosciety of photosynthesis, ［招待有り］
  2012年05月 - 2012年05月, 英語, 口頭発表（招待・特別）, Ecole Normal Supérieure, Paris, France, フランス共和国

• 2005年05月 - 現在, 日本光合成学会
• 2004年12月 - 現在, 日本植物生理学会

• 光化学系I複合体における光ストレス耐性メカニズムの解明　　　　　　　　　　　　　　　
  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(C), 2022年04月01日 - 2025年03月31日
  高橋 拓子, 埼玉大学
  配分額（総額）：4160000, 配分額（直接経費）：3200000, 配分額（間接経費）：960000
  課題番号：22K06275
• 強光下での光化学系 I 機能維持メカニズムの解明　　　　　　　　　　　　　　　
  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(C), 2018年04月01日 - 2023年03月31日
  高橋 拓子; 西山 佳孝, 埼玉大学
  配分額（総額）：4420000, 配分額（直接経費）：3400000, 配分額（間接経費）：1020000
  光合成に光は必須であるが、強光はストレスとして細胞内での活性酸素種の発生を引き起こす。光合成を最適に行うためには、二つの光化学系((PSI, PSII)は協調的に機能することが必要であるが、PSIIは強光ストレスに弱く容易に失活する一方、PSIは強光下でも活性を維持することが知られている。PSIの強光下での活性維持 に重要な働きを担うのがサイクリック電子伝達であり、サイクリック電子伝達を駆動する因子の一つに チラコイドタンパク質PGRL1がある。しかし、PGRL1がサイクリック電子伝達およびそれを通じたPSIの光防御に果たす分子メカニズムは不明な点が多い。私は、 PGRL1がPSI光防御に果たす機能を明らかにするために、PGRL1タンパク質に種間で保存される6つのシステイン残基に着目し、システイン残基の置換変異体を作製し、解析を行っている。6つあるシステイン残基のうち、N末端側に位置する2つのシステインをセリン残基へ置換したところ、PSIの光感受性には影響しなかった が、レドックス依存的な複合体の形成が見られなかった。一方、C末端に位置するシステインをセリン残基へ置換したところ、PSIの光感受性が欠損株レベル並に高まった。またこれらの置換株では、PGRL1の蓄積量が減少したことから、 PGRL1が不安定化する可能性が示唆された。これらの結果について、第11回日本光合成学会シンポジウムおよび、フィンランドー日本二国間セミナーで発表を行った。
  課題番号：18K06275
• プロトン駆動力制御機構の解明と光合成機能増加型植物の作出に向けて　　　　　　　　　　　　　　　
  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), 2019年04月01日 - 2021年03月31日
  高橋 拓子, 埼玉大学
  配分額（総額）：3120000, 配分額（直接経費）：2400000, 配分額（間接経費）：720000
  光合成リニア電子伝達は、水の分解に伴い生じた電子がチラコイド膜複合体を伝達されてNADPHを生成する。この電子伝達に伴い形成されるチラコイド膜を介したプロトン濃度勾配は、光合成の光環境順化と密接に関わっている。プロトン濃度勾配で誘導される光環境順化の一つに、Nonphotochemical quenching (NPQ) がある。NPQは、過剰な光エネルギーを熱として放散する機構で、強光下での光合成生物の生育に非常に重要である。一方、弱光下ではNPQはエネルギーのロスとなるため、光合成収率の低下や生育阻害につながる。そのため、自然環境下では、光環境に応じたNPQレベルの調節が、光合成活性の最適化および植物のバイオマス増加に直結する。陸上植物のNPQ駆動には、チラコイド膜タンパク質のPSBSが必須であり、PSBSの発現レベルに応じてNPQレベルが変化することが知られている。本研究では、異なるNPQレベルが光合成最適化に及ぼす影響を調べることおよび、NPQ最適化植物の作出を目的とし、PSBSプロモーター解析を行い、PSBSプロモーター改変植物における光合成活性の評価を行っている。これまでに、 PSBS遺伝子コード領域から1.5 kbの上流域には正のプロモーター活性があることが明らかになった。短縮プロモーター領域を持つ植物はPSBSタンパク質の過剰発現を示し、NPQレベルが上昇した。また、3 kb上流域には負のプロモーター活性があることが示唆されたため、現在、正および負のシス制御因子の絞り込みために解析を続行中である。また、PSBSが強光順化へ果たす役割を明らかにするために、プロモーター解析で得られた異なるPSBSタンパク質レベルを示す植物を用い、強光耐性の評価に取り組んでいる。
  課題番号：19H04716
• 光化学系IIの修復におけるサイクリック電子伝達の役割解明　　　　　　　　　　　　　　　
  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 若手研究(B), 2016年04月01日 - 2019年03月31日
  高橋 拓子; 西山 佳孝; 髙木 健輔, 埼玉大学
  配分額（総額）：4290000, 配分額（直接経費）：3300000, 配分額（間接経費）：990000
  光合成生物において、過剰な光エネルギーを熱として放散する熱放散は強光下での光合成に重要である。我々はシアノバクテリアのNPQに重要なオレンジカロテノイドプロテインの欠損株および過剰発現株を作製し、熱放散レベル、PSII光阻害等について解析した。その結果、細胞内のオレンジカロテノイドプロテインレベルが高いほど高いNPQを示し、光阻害に耐性を示した。この結果は、Plant Cell and Physiology (2019) に掲載された。また、光順化の一つであるサイクリック電子伝達の変異株を作製し解析を行ったところ、光環境変動時にサイクリック電子伝達が何らかの役割を果たすことが示唆された。
  課題番号：16K18561
• 光環境変動により引き起こされる光化学系I複合体の動態の解析　　　　　　　　　　　　　　　
  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 特別研究員奨励費, 2007年 - 2008年
  高橋 拓子, 岡山大学
  配分額（総額）：1800000, 配分額（直接経費）：1800000
  ステート遷移は、光化学系I(PSI)とII(PSII)の間で励起エネルギーを再分配し、光合成を効率的に行う馴化機構として知られており、PSIIがより励起する条件ステート2では,PSIIの集光性複合体(LHCII)の一部であるモノマーLHCIIがPSIに移動・結合し、PSIのリモデリングを行っていると考えられる。19年度に得られた研究成果から、ステート2においてPSI-LHCIにモノマーLHCIIが結合して形成されるPSI-LHCI/II超分子複合体では、アンテナクロロフィルが20-30%増加していることが示唆された。
  20年度は、PSI-LHCI/II超分子複合体に結合するモノマーLHCIIの量比を求めるために以下の解析を行った。(1)モノマーLHCIIの結合によりアンテナクロロフィルが20-30%増加することが原理の異なる実験においても立証できるか検証した。(2)結合するモノマーLHCIIがPSI-LHCIの集光機能の増加に寄与するかを分光学的に解析した。(3)放射性同位元素14Cで全タンパク質をラベルし、PSI-LHCIあたりに結合するモノマーLHCIIの量比を求めた。
  (1)において、ウェスタン分析によりPSI-LHCI、PSI-LHCI/II画分におけるクロロフィル量あたりのPSIのタンパク量を求めると,PSI-LHCI/IIではPSI-LHCIの75-80%となり、モノマーLHCIIの結合によりアンテナクロロフィルの量は約30%増加していることが示唆された。さらに分光学的な解析により、PSIの反応中心P700あたりのクロロフィル数を求めると、PSI-LHCIでは277±8Chls/P700だったのに対し、PSI-LHCI/IIでは348±11Chls/P700となり、LHCHの結合によりアンテナクロロフィルは約30%増加していることが示された。これは、5-6コピーのモノマーLHCHサブユニットに相当すると考えられる。これらの結果により、ステート2において形成されるPSI-LHCI/II超分子複合体ではアンテナクロロフィルがPSI-LHCIに比べて約30%増加していることが、原理の異なる実験により示された。
  (2)において,PSI反応中心P700の光酸化の飽和の閃光強度依存性を調べると、モノマーLHCIIを結合しないPSI-LHCI標品では、PST-LHCI/II標品に比べてより強光下で飽和した。この結果から、ステート2でPSI-LHCIに結合するモノマーLHCIIは、PSIのアンテナとして機能していることが示された。
  (3)において、クラミドモナス野生株細胞の全タンパク質を放射性同位元素^<14>Cで標識し、PSI-LHCI/II標品を分画した。その後電気泳動によりポリペプチドを分離し、得られたオートラジオグラムからPSIあたりのモノマーLHCIIの量を求めると、PSIあたり5-6コピーであった。より正確な結論を得るため、電気泳動での分離条件の検討等行い現在も解析を続けている。
  これらの結果から、ステート2においてPSI-LHCI超分子複合体は5-6コピーのモノマーLHCIIが結合することにより、約1.3倍アンテナサイズが増加した。また、PSI-LHCIに結合するモノマーLHCIIは,PSIのアンテナとして機能していることが示された。これらの結果は、第13回クラミドモナス国際会議及び、第50回日本植物生理学会年会にて報告した。^<14>C標識によるタンパク質の定量実験のより正確な結果が出次第、論文を完成させて学術雑誌に投稿する予定である。
  課題番号：07J07175