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Biochemical functions of a cyanobacterial clock protein KaiC

蓝藻时钟蛋白 KaiC 的生化功能

基本信息

批准号：
15370074
负责人：
IWASAKI Hideo
金额：
$ 9.86万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

Circadian rhythms are endogenous oscillations with a period of 〜24 h and observed from bacteria to higher plants and mammals. A dogmatic model has been believed in any model organisms that circadian oscillations are driven by an autoregulatory transcription/translation feedback loops. However, we recently broke this 'Central Dogma in circadian clock research' in cyanobacteria.Cyabacteria are the simplest organisms known to show circadian rhythms. In the cyanobacterium Synechococcus elongatus, almost all gene promoter activities show circadian rhythms. Such transcriptional rhythms require three clock genes, kaiA, kaiB are kaiC. KaiC shows circadian change in its phosphorylation state. We found in continuous dark conditions that the KaiC phosphorylation cycle sustained even after all clock gene transcripts disappeared and de novo transcription and translation were abolished in the presence of excess transcription/translation inhibitors.KaiC has both autophosphorylation and autodephosphorylation activities that are modified by KaiA and KaiB. KaiA, KaiB and C proteins form transient complexes during a circadian cycle. Thus, we proposed that a protein dynamics among the three Kai proteins is the core of circadian timing mechanism in cyanobacteria. Indeed, we succeeded in reconstitution of circadian oscillation of KaiC phosphorylation in vitro by incubating the three Kai proteins with ATP.

昼夜节律是从细菌到高等植物和哺乳动物的内源性振荡，周期为24小时。在任何模式生物中都有一个教条式的模型，即昼夜节律振荡是由一个自动调节的转录/翻译反馈环驱动的。然而，我们最近在蓝细菌中打破了这个“生物钟研究的中心法则”。蓝细菌是已知的最简单的生物体，可以显示昼夜节律。在细长聚球藻中，几乎所有的基因启动子活性都表现出昼夜节律。这种转录节律需要三个时钟基因，kaiA，kaiB和kaiC。KaiC显示其磷酸化状态的昼夜变化。我们发现，在连续黑暗条件下，KaiC磷酸化周期持续，即使在所有时钟基因转录消失，从头转录和翻译被废除，在过量的转录/翻译抑制剂的存在下。KaiC具有自磷酸化和自去磷酸化活性，由KaiA和KaiB修饰。KaiA、KaiB和C蛋白在昼夜节律周期期间形成瞬时复合物。因此，我们提出了三个Kai蛋白中的一个蛋白质动力学是蓝藻昼夜节律计时机制的核心。事实上，我们成功地重建KaiC磷酸化的昼夜节律振荡在体外孵育的三个Kai蛋白与ATP。

项目成果

期刊论文数量（26）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Reconstitution of circadian oscillation of cyanobacterial KaiC phosphorylation in vitro

DOI：
10.1126/science.1108451
发表时间：
2005-04-15
期刊：
SCIENCE
影响因子：
56.9
作者：
Nakajima, M;Imai, K;Kondo, T
通讯作者：
Kondo, T

Circadian rhythms in the synthesis and degradation of a master clock protein KaiC in cyanobacteria

DOI：
10.1074/jbc.m405861200
发表时间：
2004-08-27
期刊：
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
影响因子：
4.8
作者：
Imai, K;Nishiwaki, T;Iwasaki, H
通讯作者：
Iwasaki, H

岩崎秀雄: "シアノバクテリアの概日リズム制御機構研究の新展開"細胞工学. 22(12). 1309-1314 (2003)

Hideo Iwasaki：“蓝藻昼夜节律控制机制的研究新进展”细胞工程22（12）1309-1314（2003）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

No transcription-translation feedback in circadian rhythm of KaiC phosphorylation

DOI：
10.1126/science.1102540
发表时间：
2005-01-14
期刊：
SCIENCE
影响因子：
56.9
作者：
Tomita, J;Nakajima, M;Iwasaki, H
通讯作者：
Iwasaki, H

Global gene repression by KaiC as a master process of prokaryotic circadian system

DOI：
10.1073/pnas.0307411100
发表时间：
2004-01-20
期刊：
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
影响因子：
11.1
作者：
Nakahira, Y;Katayama, M;Kondo, T
通讯作者：
Kondo, T