東北大学研究者紹介

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ツジイ　マサル

辻井　雅

Masaru Tsujii

所属

大学院工学研究科　バイオ工学専攻　生体機能化学講座（応用生物物理化学分野）

職名

助教

学位

博士（農学）（東京農工大学）
修士（農学）（東京農工大学）

researchmap

https://researchmap.jp/7000017888

J-GLOBAL ID

201601000165652642

e-Rad 研究者番号

30865887

ORCID

https://orcid.org/0000-0003-2127-1988

経歴 3

2020年6月～継続中

東北大学大学院工学研究科　助教
2016年6月～ 2020年5月

東北大学　工学研究科　学術研究員
2016年4月～ 2016年5月

東京農工大学大学院連合農学研究科博士特別研究生

学歴 3

東京農工大学大学院連合農学研究科応用生命科学専攻

2013年4月～ 2016年3月
東京農工大学大学院応用生命化学専攻

2011年4月～ 2013年3月
東京農工大学農学部応用生物科学科

2007年4月～ 2011年3月

委員歴 5

日本農芸化学会　日本農芸化学会SNS連絡担当要員

2024年4月～継続中
日本農芸化学会　東北支部会員・広報

2023年4月～継続中
日本農芸化学会　産学官学術交流委員会幹事

2023年4月～継続中
日本農芸化学会　ダイバーシティ推進委員会委員

2023年3月～継続中
日本農芸化学会　東北支部選挙管理委員会

2023年12月～ 2024年5月

所属学協会 7

日本生化学会
日本分子生物学会
藍藻の分子生物学
日本植物生理学会
光合成学会
生物工学会
日本農芸化学会

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研究キーワード 8

植物
微生物
酵母
大腸菌
光合成
イオン輸送体
ラン藻
麹菌

研究分野 2

ライフサイエンス / 分子生物学 / アンチポーター
ライフサイエンス / 分子生物学 / 輸送体

受賞 2

日本農芸化学会東北支部奨励賞

2024年9月　日本農芸化学会
第69回日本生物工学会大会大会トピックス選考

2017年9月　日本生物工学会

論文 18

Structure reveals a regulation mechanism of plant outward-rectifying K+ channel GORK by structural rearrangements in the CNBD-Ankyrin bridge. 国際誌

Taro Yamanashi, Yuki Muraoka, Tadaomi Furuta, Tsukasa Kume, Natsuko Sekido, Shunya Saito, Shota Terashima, Takeshi Yokoyama, Yoshikazu Tanaka, Atsushi Miyamoto, Kanane Sato, Tomoyuki Ito, Hikaru Nakazawa, Mitsuo Umetsu, Ellen Tanudjaja, Masaru Tsujii, Ingo Dreyer, Julian I Schroeder, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America　122　(30)　e2500070122　2025年7月29日

DOI： 10.1073/pnas.2500070122 　

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Guard cells, which regulate stomatal apertures in plants, possess a sophisticated mechanism for regulating turgor pressure. The outward-rectifying "K+out" channel GORK, expressed in guard cells of the plant Arabidopsis thaliana, is a central component that promotes stomatal closure by releasing K+ to the extracellular space, thereby lowering turgor pressure. To date, the structural basis underlying the regulation of the K+ transport activity of GORK is unclear. Using cryo-EM, we determined the structures of the GORK outward-rectifying K+ channel with a resolution of 3.16 to 3.27 Å in five distinct conformations that differ significantly in their C-terminal cyclic nucleotide binding domain (CNBD) and ankyrin repeat (ANK) domain. The C-linker connects the transmembrane domains to the C-terminal domains, i.e., CNBD, CNBD-Ankyrin bridge, and ANK. The structural changes and interactions in the C-linker determine whether the closed state of GORK is closer to the preopen state or in a more removed state from the open state of the channel. In particular, interconversion in the short sequence within the CNBD-Ankyrin bridge plays a decisive role in this determination. This region forms an α-helix in the preopened state, while it adopts a nonhelical structure in further distant closed states. The dynamics of the cytosolic region strongly suggest that the K+ channel activity of GORK is regulated by cytosolic signaling factors during stomatal closure.
Functional characterization of an additional transmembrane domain unique to TrkG and TrkH in Escherichia coli

Ellen Tanudjaja, Haoyu Zhang, Tadaomi Furuta, Masaru Tsujii, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi

Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry　2025年7月15日

DOI： 10.1093/bbb/zbaf101 　
Na+-driven pH regulation by Na+/H+ antiporters promotes photosynthetic efficiency in cyanobacteria

Masaru Tsujii, Ayumu Kobayashi, Ayaka Kano, Kota Kera, Tomoko Takagi, Noriko Nagata, Seiji Kojima, Kouki Hikosaka, Riichi Oguchi, Kintake Sonoike, Chihiro Azai, Tomomi Inagaki, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi

Plant Physiology　197　(1)　2024年10月24日
出版者・発行元： Oxford University Press (OUP)
DOI： 10.1093/plphys/kiae562 　

ISSN：0032-0889

eISSN：1532-2548

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Abstract Photosynthetic organisms have developed mechanisms to regulate light reactions in response to varying light conditions. Photosynthetic electron transport leads to the formation of a ΔpH across the thylakoid membrane, which is crucial for regulating electron transport. However, other pH modulators remain to be identified, particularly in cyanobacteria. In this study, we evaluated the potential involvement of six Na+/H+ antiporters (NhaS1–NhaS6) in control of pH in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. Synechocystis showed a strong requirement for Na+ at high light intensities, with ΔnhaS1 and ΔnhaS2 strains unable to grow under high light conditions. We analyzed Na+ efflux–driven H+-uptake activities of NhaS1–NhaS6 in inverted membranes of Escherichia coli. Biological fractionation and immunoelectron microscopy revealed that NhaS1 localizes to both the plasma and thylakoid membranes while NhaS2 localizes to the plasma membrane. Measurement of photosynthesis activity indicated that NhaS2 promotes ATP production and electron transport from PQ to P700. Measurements of pH outside of the cells and in the cytoplasm suggested that both NhaS1 and NhaS2 are involved in plasma membrane–mediated light-dependent H+ uptake and cytoplasmic acidification. NhaS1 and NhaS2 were also found to prevent photoinhibition under high light treatment. These results indicate that H+ transport mediated by NhaS1 and NhaS2 plays a role in regulating intracellular pH and maintaining photosynthetic electron transport.
Dissecting structure and function of the monovalent cation/H ⁺ antiporters Mdm38 and Ylh47 in Saccharomyces cerevisiae 査読有り

Masaru Tsujii, Ellen Tanudjaja, Haoyu Zhang, Haruto Shimizukawa, Ayumi Konishi, Tadaomi Furuta, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi

Journal of Bacteriology　2024年7月31日
出版者・発行元： American Society for Microbiology
DOI： 10.1128/jb.00182-24 　

ISSN：0021-9193

eISSN：1098-5530

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ABSTRACT Saccharomyces cerevisiae Mdm38 and Ylh47 are homologs of the Ca ²⁺ /H ⁺ antiporter Letm1, a candidate gene for seizures associated with Wolf-Hirschhorn syndrome in humans. Mdm38 is important for K ⁺ /H ⁺ exchange across the inner mitochondrial membrane and contributes to membrane potential formation and mitochondrial protein translation. Ylh47 also localizes to the inner mitochondrial membrane. However, knowledge of the structures and detailed transport activities of Mdm38 and Ylh47 is limited. In this study, we conducted characterization of the ion transport activities and related structural properties of Mdm38 and Ylh47. Growth tests using Na ⁺ /H ⁺ antiporter-deficient Escherichia coli strain TO114 showed that Mdm38 and Ylh47 had Na ⁺ efflux activity. Measurement of transport activity across E. coli -inverted membranes showed that Mdm38 and Ylh47 had K ⁺ /H ⁺ , Na ⁺ /H ⁺ , and Li ⁺ /H ⁺ antiport activity, but unlike Letm1, they lacked Ca ²⁺ /H ⁺ antiport activity. Deletion of the ribosome-binding domain resulted in decreased Na ⁺ efflux activity in Mdm38. Structural models of Mdm38 and Ylh47 identified a highly conserved glutamic acid in the pore-forming membrane-spanning region. Replacement of this glutamic acid with alanine, a non-polar amino acid, significantly impaired the ability of Mdm38 and Ylh47 to complement the salt sensitivity of E. coli TO114. These findings not only provide important insights into the structure and function of the Letm1-Mdm38-Ylh47 antiporter family but by revealing their distinctive properties also shed light on the physiological roles of these transporters in yeast and animals. IMPORTANCE The inner membrane of mitochondria contains numerous ion transporters, including those facilitating H ⁺ transport by the electron transport chain and ATP synthase to maintain membrane potential. Letm1 in the inner membrane of mitochondria in animals functions as a Ca ²⁺ /H ⁺ antiporter. However, this study reveals that homologous antiporters in mitochondria of yeast, Mdm38 and Ylh47, do not transport Ca ²⁺ but instead are selective for K ⁺ and Na ⁺ . Additionally, the identification of conserved amino acids crucial for antiporter activity further expanded our understanding of the structure and function of the Letm1-Mdm38-Ylh47 antiporter family.
Instantaneous extracellular solution exchange for concurrent evaluation of membrane permeability of single cells 査読有り

Shingo Kaneko, Sugiura Hirotaka, Masaru Tsujii, Hisataka Maruyama, Nobuyuki Uozumi, Fumihito Arai

Lab on a Chip　2023年12月
出版者・発行元： Royal Society of Chemistry (RSC)
DOI： 10.1039/d3lc00633f 　

ISSN：1473-0197

eISSN：1473-0189

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The rapid osmotic stress is imposed on the microorganisms by the exchange of a locally formed droplet containing cells.
Integration of Microfluidic Chip and Probe with a Dual Pump System for Measurement of Single Cells Transient Response 査読有り

Xu Du, Shingo Kaneko, Hisataka Maruyama, Hirotaka Sugiura, Masaru Tsujii, Nobuyuki Uozumi, Fumihito Arai

Micromachines　14　(6)　1210-1210　2023年6月7日
出版者・発行元： MDPI AG
DOI： 10.3390/mi14061210 　

eISSN：2072-666X

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The integration of liquid exchange and microfluidic chips plays a critical role in the biomedical and biophysical fields as it enables the control of the extracellular environment and allows for the simultaneous stimulation and detection of single cells. In this study, we present a novel approach for measuring the transient response of single cells using a system integrated with a microfluidic chip and a probe with a dual pump. The system was composed of a probe with a dual pump system, a microfluidic chip, optical tweezers, an external manipulator, an external piezo actuator, etc. Particularly, we incorporated the probe with the dual pump to allow for high-speed liquid change, and the localized flow control enabled a low disturbance contact force detection of single cells on the chip. Using this system, we measured the transient response of the cell swelling against the osmotic shock with a very fine time resolution. To demonstrate the concept, we first designed the double-barreled pipette, which was assembled with two piezo pumps to achieve a probe with the dual pump system, allowing for simultaneous liquid injection and suction. The microfluidic chip with on-chip probes was fabricated, and the integrated force sensor was calibrated. Second, we characterized the performance of the probe with the dual pump system, and the effect of the analysis position and area of the liquid exchange time was investigated. In addition, we optimized the applied injection voltage to achieve a complete concentration change, and the average liquid exchange time was achieved at approximately 3.33 ms. Finally, we demonstrated that the force sensor was only subjected to minor disturbances during the liquid exchange. This system was utilized to measure the deformation and the reactive force of Synechocystis sp. strain PCC 6803 in osmotic shock, with an average response time of approximately 16.33 ms. This system reveals the transient response of compressed single cells under millisecond osmotic shock which has the potential to characterize the accurate physiological function of ion channels.
The HKT1 Na+ transporter protects plant fertility by decreasing Na+ content in stamen filaments. 国際誌査読有り

Takeshi Uchiyama, Shunya Saito, Taro Yamanashi, Megumi Kato, Kosuke Takebayashi, Shin Hamamoto, Masaru Tsujii, Tomoko Takagi, Noriko Nagata, Hayato Ikeda, Hidetoshi Kikunaga, Toshimi Suda, Sho Toyama, Misako Miwa, Shigeo Matsuyama, Mitsunori Seo, Tomoaki Horie, Takashi Kuromori, Mutsumi Yamagami, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi

Science advances　9　(22)　eadg5495　2023年6月2日

DOI： 10.1126/sciadv.adg5495 　

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Salinity stress can greatly reduce seed production because plants are especially sensitive to salt during their reproductive stage. Here, we show that the sodium ion transporter AtHKT1;1 is specifically expressed around the phloem and xylem of the stamen in Arabidopsis thaliana to prevent a marked decrease in seed production caused by salt stress. The stamens of AtHKT1;1 mutant under salt stress overaccumulate Na+, limiting their elongation and resulting in male sterility. Specifically restricting AtHKT1;1 expression to the phloem leads to a 1.5-fold increase in the seed yield upon sodium ion stress. Expanding phloem expression of AtHKT1;1 throughout the entire plant is a promising strategy for increasing plant productivity under salinity stress.
Two cyanobacterial response regulators with diguanylate cyclase activity, Rre2 and Rre8, participate in biofilm formation 査読有り

Ayumu Kobayashi, Masamune Nakamura, Masaru Tsujii, Kohei Makino, Tatsuya Nagayama, Kensuke Nakamura, Kei Nanatani, Kera Kota, Yuki Furuuchi, Shunsuke Kayamori, Tadaomi Furuta, Iwane Suzuki, Yoshihiro Hayakawa, Tanudjaja Ellen, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi

Molecular Microbiology　119　(5)　599-611　2023年3月16日
出版者・発行元： Wiley
DOI： 10.1111/mmi.15057 　

ISSN：0950-382X

eISSN：1365-2958
Dynamic Deformation Measurement of an Intact Single Cell via Microfluidic Chip with Integrated Liquid Exchange 査読有り

Xu Du, Di Chang, Shingo Kaneko, Hisataka Maruyama, Hirotaka Sugiura, Masaru Tsujii, Nobuyuki Uozumi, Fumihito Arai

Engineering　2023年2月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.eng.2022.08.020 　

ISSN：2095-8099
植物Na・K輸送体の解析

魚住信之, 内山剛志, 山梨太郎, 辻井雅, 石丸泰寛, 池田隼人, 菊永英寿

アイソトープ・放射線研究発表会　3　17　2023年
出版者・発行元：公益社団法人日本アイソトープ協会
DOI： 10.50955/happyokai.3.0_17 　

eISSN：2436-4487
Two Trk/Ktr/HKT-type potassium transporters, TrkG and TrkH perform distinct functions in Escherichia coli K-12 国際誌査読有り

Ellen Tanudjaja, Naomi Hoshi, Kaneyoshi Yamamoto, Kunio Ihara, Tadaomi Furuta, Masaru Tsujii, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi

Journal of Biological Chemistry　299　(2)　102846-102846　2022年12月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jbc.2022.102846 　

ISSN：0021-9258

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Escherichia coli K-12 possesses two versions of Trk/Ktr/HKT-type potassium ion (K+) transporters, TrkG and TrkH. The current paradigm is that TrkG and TrkH have largely identical characteristics, and little information is available regarding their functional differences. Here, we show using cation uptake experiments with K+ transporter knockout mutants that TrkG and TrkH have distinct ion transport activities and physiological roles. K+-transport by TrkG required Na+, whereas TrkH-mediated K+ uptake was not affected by Na+. An aspartic acid located five residues away from a critical glycine in the third pore-forming region might be involved in regulation of Na+-dependent activation of TrkG. In addition, we found that TrkG but not TrkH had Na+ uptake activity. Our analysis of K+ transport mutants revealed that TrkH supported cell growth more than TrkG; however, TrkG was able to complement loss of TrkH-mediated K+ uptake in E. coli. Furthermore, we determined that transcription of trkG in E. coli was downregulated but not completely silenced by the xenogeneic silencing factor H-NS (histone-like nucleoid structuring protein or heat-stable nucleoid-structuring protein). Taken together, the transport function of TrkG is clearly distinct from that of TrkH, and TrkG seems to have been accepted by E. coli during evolution as a K+ uptake system that coexists with TrkH.
植物における硫黄代謝と光合成制御

雅辻井, 泰寛石丸, 信之魚住

生化学　93　(5)　643-650　2021年10月25日

DOI： 10.14952/SEIKAGAKU.2021.930643 　

ISSN：0037-1017
Hik36–Hik43 and Rre6 act as a two-component regulatory system to control cell aggregation in Synechocystis sp. PCC6803 査読有り

Kota Kera, Yuichiro Yoshizawa, Takehiro Shigehara, Tatsuya Nagayama, Masaru Tsujii, Saeko Tochigi, Nobuyuki Uozumi

Scientific Reports　10　(1)　19405　2020年12月
出版者・発行元：
DOI： 10.1038/s41598-020-76264-2 　

eISSN：2045-2322
葉緑体の光合成活性に関わるイオン輸送体の最近の知見と動向

雅辻井, 信之魚住

生化学　92　(5)　748-752　2020年10月25日

DOI： 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920748 　

ISSN：0037-1017
Diverse Physiological Functions of Cation Proton Antiporters across Bacteria and Plant Cells 国際誌査読有り

Masaru Tsujii, Ellen Tanudjaja, Nobuyuki Uozumi

International Journal of Molecular Sciences　21　(12)　4566-4566　2020年6月26日
出版者・発行元： {MDPI} {AG}
DOI： 10.3390/ijms21124566 　

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Membrane intrinsic transport systems play an important role in maintaining ion and pH homeostasis and forming the proton motive force in the cytoplasm and cell organelles. In most organisms, cation/proton antiporters (CPAs) mediate the exchange of K+, Na+ and Ca2+ for H+ across the membrane in response to a variety of environmental stimuli. The tertiary structure of the ion selective filter and the regulatory domains of Escherichia coli CPAs have been determined and a molecular mechanism of cation exchange has been proposed. Due to symbiogenesis, CPAs localized in mitochondria and chloroplasts of eukaryotic cells resemble prokaryotic CPAs. CPAs primarily contribute to keeping cytoplasmic Na+ concentrations low and controlling pH, which promotes the detoxification of electrophiles and formation of proton motive force across the membrane. CPAs in cyanobacteria and chloroplasts are regulators of photosynthesis and are essential for adaptation to high light or osmotic stress. CPAs in organellar membranes and in the plasma membrane also participate in various intracellular signal transduction pathways. This review discusses recent advances in our understanding of the role of CPAs in cyanobacteria and plant cells.
DAY-LENGTH-DEPENDENT DELAYED-GREENING1, the Arabidopsis Homolog of the Cyanobacterial H+-Extrusion Protein, Is Essential for Chloroplast pH Regulation and Optimization of Non-Photochemical Quenching. 査読有り

Kyohei Harada, Takatoshi Arizono, Ryoichi Sato, Mai Duy Luu Trinh, Akira Hashimoto, Masaru Kono, Masaru Tsujii, Nobuyuki Uozumi, Shinichi Takaichi, Shinji Masuda

Plant & cell physiology　60　(12)　2660-2671　2019年12月1日

DOI： 10.1093/pcp/pcz203 　

ISSN：0032-0781

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Plants convert solar energy into chemical energy through photosynthesis, which supports almost all life activities on earth. Because the intensity and quality of sunlight can change dramatically throughout the day, various regulatory mechanisms help plants adjust their photosynthetic output accordingly, including the regulation of light energy accumulation to prevent the generation of damaging reactive oxygen species. Non-photochemical quenching (NPQ) is a regulatory mechanism that dissipates excess light energy, but how it is regulated is not fully elucidated. In this study, we report a new NPQ-regulatory protein named Day-Length-dependent Delayed-Greening1 (DLDG1). The Arabidopsis DLDG1 associates with the chloroplast envelope membrane, and the dldg1 mutant had a large NPQ value compared with wild type. The mutant also had a pale-green phenotype in developing leaves but only under continuous light; this phenotype was not observed when dldg1 was cultured in the dark for ≥8 h/d. DLDG1 is a homolog of the plasma membrane-localizing cyanobacterial proton-extrusion-protein A that is required for light-induced H+ extrusion and also shows similarity in its amino-acid sequence to that of Ycf10 encoded in the plastid genome. Arabidopsis DLDG1 enhances the growth-retardation phenotype of the Escherichia coli K+/H+ antiporter mutant, and the everted membrane vesicles of the E. coli expressing DLDG1 show the K+/H+ antiport activity. Our findings suggest that DLDG1 functionally interacts with Ycf10 to control H+ homeostasis in chloroplasts, which is important for the light-acclimation response, by optimizing the extent of NPQ.
Evidence for potassium transport activity of Arabidopsis KEA1-KEA6. 国際誌査読有り

Masaru Tsujii, Kota Kera, Shin Hamamoto, Takashi Kuromori, Toshiharu Shikanai, Nobuyuki Uozumi

Scientific reports　9　(1)　10040-10040　2019年7月11日

DOI： 10.1038/s41598-019-46463-7 　

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Arabidopsis thaliana contains the putative K+ efflux transporters KEA1-KEA6, similar to KefB and KefC of Escherichia coli. KEA1-KEA3 are involved in the regulation of photosynthetic electron transport and chloroplast development. KEA4-KEA6 mediate pH regulation of the endomembrane network during salinity stress. However, the ion transport activities of KEA1-KEA6 have not been directly characterized. In this study, we used an E. coli expression system to examine KEA activity. KEA1-KEA3 and KEA5 showed bi-directional K+ transport activity, whereas KEA4 and KEA6 functioned as a K+ uptake system. The thylakoid membrane-localized Na+/H+ antiporter NhaS3 from the model cyanobacterium Synechocystis is the closest homolog of KEA3. Changing the putative Na+/H+ selective site of KEA3 (Gln-Asp) to that of NhaS3 (Asp-Asp) did not alter the ion selectivity without loss of K+ transport activity. The first residue in the conserved motif was not a determinant for K+ or Na+ selectivity. Deletion of the possible nucleotide-binding KTN domain from KEA3 lowered K+ transport activity, indicating that the KTN domain was important for this function. The KEA3-G422R mutation discovered in the Arabidopsis dpgr mutant increased K+ transport activity, consistent with the mutant phenotype. These results indicate that Arabidopsis KEA1-KEA6 act as K+ transport systems, and support the interpretation that KEA3 promotes dissipation of ΔpH in the thylakoid membrane.
A long natural-antisense RNA is accumulated in the conidia of Aspergillus oryzae 査読有り

Masaru Tsujii, Satoshi Okuda, Kazutomo Ishi, Kana Madokoro, Michio Takeuchi, Youhei Yamagata

BIOSCIENCE BIOTECHNOLOGY AND BIOCHEMISTRY　80　(2)　386-398　2016年2月

DOI： 10.1080/09168451.2015.1101333 　

ISSN：0916-8451

eISSN：1347-6947

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講演・口頭発表等 34

大腸菌Trk型K取込みトランスポーターの進化的背景

Ellen Tanudjaja, 星直美, 山本兼由, 井原邦夫, 古田忠臣, 辻井雅, 石丸泰寛, 魚住信之

日本農芸化学会2024年度大会　2024年3月
シロイヌナズナK+チャネル阻害剤を用いた気孔運動メカニズムの解明

佐藤奏音, 齋藤俊也, 遠藤晃輔, 鈴木喬太, 島田友輝, 筧太心, 竹田遥, 河野優, 有澤美枝子, 林優紀, 木下俊則, Matteo Grenzi, Alex Costa, 宗正晋太郎, 村田芳行, Khurram Bashir, 関原明, 辻井雅, 石丸泰寛, 魚住信之

第65回植物生理学会年会　2024年3月
生殖成長期におけるAtHKT1の雄しべ伴細胞におけるNa蓄積の緩和

内山剛志, 齋藤俊也, 山梨太郎, 加藤恵, 髙木智子, 永田典子, 遠山翔, 三輪美沙子, 松山成夫, 池田隼人, 菊永英寿, 須田利美, 辻井雅, 石丸泰寛, 魚住信之

第65回植物生理学会年会　2024年3月
Na+ が支える藍藻の光合成電子伝達系

辻井雅, 小林歩夢, 狩野文香, 解良康太, 児島征司, 彦坂幸毅, 小口理一, 園池公毅, 浅井智広, 稲垣知実, 石丸泰寛, 魚住信之

日本農芸化学会2024年度大会　2024年3月
藍藻のバイオフィルム形成に関与する二成分制御系の同定

小林歩夢, 中村正宗, 辻井雅, 牧野恒平, 永山達也, 中村謙介, 七谷圭, 解良康太, 古内有希, 茅森俊介, 古田忠臣, 鈴木石根, 早川芳弘, Tanudjaja Ellen, 石丸泰寛, 魚住信之

第７５回日本生物工学会大会　2023年9月
大腸菌KトランスポーターのNa活性化部位の同定

Ellen Tanudjaja, 星直美, 山本兼由, 井原邦夫, 古田忠臣, 辻井雅, 石丸泰寛, 魚住信之

第７５回日本生物工学会大会　2023年9月
大腸菌のK取込み輸送体の機能と役割の解析

魚住信之, Tanudjaja Ellen, 星直美, 辻井雅, 石丸泰寛, 山本兼由, 井原邦夫, 古田忠臣

第19回大腸菌研究会　2023年6月
二成分制御系による藍藻のバイオフィルム形成制御

清水川晴人, 中村正宗, 辻井雅, 小林歩夢, 牧野恒平, 永山達也, 中村謙介, 七谷圭, 解良康太, 古内有希, 茅森俊介, 古田忠臣, 鈴木石根, 早川芳弘, Tanudjaja Ellen, 石丸泰寛, 魚住信之

藍藻の分子生物学2022　2022年12月
Na+/H+ アンチポーターによる光合成明反応の最適化

辻井雅, 小林歩夢, 狩野文香, 解良康太, 児島征司, 小口理一, 彦坂幸毅, 園池公毅, 石丸泰寛, 魚住信之

藍藻の分子生物学2022　2022年12月
Coordinated regulation of photosynthesis by Na+/H+ antiporters in cyanobacteria

Masaru Tsujii, Nobuyuki Uozumi

INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PHOTOSYNTHESIS AND CHLOROPLAST REGULATION　2022年11月
光合成に関与する超硫黄分子

石丸泰寛, 小林歩夢, 金澤理貴, 辻井雅, 魚住信之

第95回日本生化学会大会　2022年11月
藍藻 Na+/H+ アンチポーターによるチラコイド膜内 pH 制御

吉田実央, 辻井雅, 石丸泰寛, 魚住信之

藍藻の分子生物学2022　2022年4月
強光適応と光合成調節にかかわる藍藻 Na+/H+ アンチポーターの解析

小林歩夢, 辻井雅, 狩野文香, 解良康太, 石丸泰寛, 魚住信之

第15回トランスポーター研究会年会　2020年10月12日
ER 局在性陽イオン輸送体 Spo75 の欠損は酸化還元状態の乱れを引き起こす

上原千央, 柴田あすか, 浜本晋, 辻井雅, 石丸泰寛, 笠原紳, 魚住信之

酵母遺伝学フォーラム第53回研究報告会　2020年9月7日
光合成活性調節に関与する藍藻 Na+/H+ アンチポーターの解析

辻井雅, 狩野文香, 小林歩夢, 解良康太, 児島征児, 小口理一, 彦坂公毅, 園池公毅, 魚住信之

日本農芸化学会2020年度大会　2020年3月27日
葉緑体のH+濃度恒常性に関わる新規膜タンパク質の活性の検証

Akira Hashimoto, Yoichi Nakahira, Masaru Tsujii, Nobuyuki Uozumi, Shinji Masuda

第61回日本植物生理学会年会　2020年3月
Elucidation of the mechanism of Na+ and Cs+-induced cell growth through cation transporters

Nobuyuki Uozumi, Masaru Tsujii, Ellen Tanudjaja, Kota Kera

18th International Workshop on Plant Membrane Biology　2019年7月7日
駆動力形成を担うイオン輸送による光合成調節

魚住信之, 辻井雅, 狩野文香, 解良康太, 浜本晋

第70回日本生物工学会大会　2018年9月5日
シアノバクテリア Synechosystis sp. PCC6803 におけるイオン輸送体の局在性とその生理学的役割の解明

辻井雅, 狩野文香, 坂下寛明, 宮原雅和, 解良康太, 児島征児, 上妻馨梨, 小口理一, 彦坂幸毅, 園池公毅, 池内昌彦, 魚住信之

第9回日本光合成学会年会　2018年5月26日
シアノバクテリアトランスポーターの局在性および機能解析

狩野文香, 辻井雅, 解良康太, 魚住信之

第59回日本植物生理学会年会　2018年3月28日
ショ糖密度勾配遠心分離法によるNa+/H+アンチポーターの細胞内局在性の解析

狩野文香, 解良康太, 辻井雅, 魚住信之

藍藻の分子生物学　2017年12月1日
黄麹菌 Aspergillus oryzae において分生子特異的に転写が起こる csrA 遺伝子領域の機能解析

加藤晴朗, 辻井雅, 前田浩, 山形洋平

第17回糸状菌分子生物学コンファレンス　2017年11月17日
シロイヌナズナの Non photochemical quenching に関与する K+/H+ アンチポーターの輸送活性の評価

辻井雅, 解良康太, 浜本晋, 黒森崇, 鹿内利治, 魚住信之

第69回日本生物工学会　2017年9月14日
大腸菌を宿主細胞としたシロイヌナズナの K+/H+ アンチポーターの機能解析

辻井雅, 解良康太, 浜本晋, 黒森崇, 鹿内利治, 魚住信之

第12回トランスポーター研究会　2017年7月8日
Aspergillus oryzae csrA 遺伝子の natural antisense RNA は sense RNA と結合し、sense RNA 量と分生子の発芽を制御する

辻井雅, 竹内道雄, 山形洋平

日本農芸化学会 2016 年度大会　2016年3月
Aspergillus oryzae csrA 遺伝子の natural antisense RNA は sense RNA と結合し、発芽を制御する

辻井雅, 竹内道雄, 山形洋平

第 15 回糸状菌分子生物学コンファレンス　2015年11月19日
黄麹菌 A. oryzae における分生子特異的に発現する推定 reductase 遺伝子 (cspA) とその natural antisense transcripts の機能解析

辻井雅, 奥田聡, 竹内道雄, 山形洋平

日本農芸化学会 2015 年度大会　2015年3月26日
The possibility of regulation system of gene expression by natural antisense transcripts in Aspergillus oryzae 国際会議

Masaru Tsujii, Satoshi Okuda, Michio Takeuchi, Youhei Yamagata

28th Fungal Genetics Conference　2015年3月
Aspergillus oryzae における 331-25 sense RNA, 331-25 antisense RNA の機能解析

辻井雅, 奥田聡, 竹内道雄, 山形洋平

第 14 回糸状菌分子生物学コンファレンス　2014年11月
Aspergillus oryzae における 331-25 sense RNA, 331-25 antisense RNA の機能解析

辻井雅, 竹内道雄, 山形洋平

日本農芸化学会 2014年度大会　2014年3月28日
Aspergillus oryzae における 331-25 sense RNA, 331-25 antisense RNA の機能解析

辻井雅, 森田寛人, 前田浩, 山形洋平, 竹内道雄

第 13 回糸状菌分子生物学コンファレンス　2013年11月
黄麹菌 Aspergillus oryzae の分生子特異的 NAT の機能解析

辻井雅, 森田寛人, 前田浩, 山形洋平, 竹内道雄

日本農芸化学会 2013 年度大会　2013年3月
黄麹菌の分生子特異的遺伝子の機能解析

辻井雅, 森田寛人, 前田浩, 山形洋平, 竹内道雄

第 12 回糸状菌分子生物学コンファレンス　2012年11月
黄麹菌 Aspergillus oryzae の分生子特異的遺伝子の機能解析

辻井雅, 森田寛人, 前田浩, 山形洋平, 竹内道雄

日本農芸化学会 2012 年度大会　2012年3月

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共同研究・競争的資金等の研究課題 3

植物葉緑体と藍藻のチラコイド膜プロトン輸送体の超硫黄修飾を介した光合成最適化機構

辻井雅

2024年4月～ 2028年3月
植物Kチャネルが制御する新規Caシグナリングの分子機構の解析

魚住信之, 石丸泰寛, 辻井雅, 齋藤俊也, ELLEN

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

研究機関：Tohoku University

2020年10月27日～ 2024年3月31日

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植物シロイヌナズナに緑茶を噴霧すると植物の生育状態に変化が観察された．さらに乾燥環境においた場合は，緑茶の噴霧により乾燥への感受性が上昇することが明らかになった．緑茶成分が乾燥の感受性を高める化合物として作用したことに加えて，緑茶成分の水溶性分子が気孔の外部から影響を与えた．申請者は，緑茶の主成分がカテキン類であること，耐乾燥性に関わり外界と接点の孔辺細胞の原形質膜で機能することから，カテキン類がKチャネルに影響を与えると推定して電気生理学的測定法によりカテキンの効果を検討した．主要なカテキンとして8種類を用いてKAT1の阻害度合いを評価した結果，ガレート基を有するカテキンで阻害活性が認められた．また，KAT1とヘテロ四量体を構成するKAT2も阻害することが明らかとなった．また，孔辺細胞でK排出系として機能するGORKも影響を受けることが明らかとなった．膜電位センターを有するKチャネルのみが影響を受けるか否かを動物のKチャネルを用いて検討したところ，膜電位センサーを有するShakerBで阻害活性が検出された．CBL-CIPK複合体の組み合わせの中から，イオン輸送体の調節を行う分子を見いだすために，酵母の共発現系の構築を行った．3種類のプラスミドを用いて，遺伝子を共発現させた酵母を用いて，複数のイオン輸送体の輸送活性調節に関わる組み合わせを酵母の生育テストを行った．中には，CBL-CIPKの2つの組み合わせだけでも優位にK輸送活性変異を相補してしまう場合が見いだされ，それらはアッセイから除外した．昨年度から進めている阻害剤の官能基を置換した類縁体を用いて，イオン輸送体活性の影響を電気生理学的手法により検討を行った．6つの有機合成化合物を調べているが，もとの化合物よりも強力に阻害する化合物は現在までのところ検出されていない．今後，さらに類縁体の評価をすすめる．
植物葉緑体と藍藻におけるポリアミンによる光エネルギー利用効率化機構の解明

辻井雅

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究機関：Tohoku University

2021年4月1日～ 2023年3月31日

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本研究は植物の葉緑体内における光環境応答機構の解明を目指す。特に葉緑体内のプロトン濃度はチラコイド膜を介したプロトン駆動力の形成、制御に重要であると考えられる。申請者は植物葉緑体の祖先である藍藻を用いて、プロトン輸送体の解析を行った。藍藻はNa+/H+ アンチポーターを6個保持しており、その欠損株を全て作製し、光環境への応答を解析した。その結果、藍藻が保持する2つのNa+/H+ アンチポーターが光環境応答に重要であることを明らかとした。さらにクロロフィル蛍光測定装置を用いて光合成電子伝達の解析を行なった。その結果、2つのNa+/H+ アンチポーターが光合成電子伝達の制御に重要であることが明らかとなった。また、K+チャネル、Cl-チャネルについても同様に欠損株を作製し、表現系観察、電子伝達の制御を解析しているが、解析途中である。また、ポリアミンはプロトンとの結合能を有しているため、ポリアミン合成はチラコイド膜を介したプロトン駆動力に影響を与えることが考えられる。申請者は、ポリアミンもしくはポリアミン前駆体の合成酵素を単離し、その合成活性を測定した。その結果、藍藻におけるポリアミン合成経路を特定するに至った。また、その欠損株を作製し、その表現型観察を行なった。その結果、プトレシン合成酵素による光合成電子伝達制御が藍藻の生育に重要であることを解明した。また、チラコイド膜を単離後、膨潤を観察した結果、チラコイド膜はポリアミン透過活性を保持していることが明らかとなった。

担当経験のある科目(授業) 2

化学・バイオ工学実験A
化学・バイオ工学演習B

メディア報道 4

東北大ら，光合成を最適化するイオン輸送体を解明

オプトロニクス・オンライン　https://optronics-media.com/news/20241112/95766/

2024年11月

メディア報道種別: インターネットメディア
藍藻の光合成制御、たんぱく質が最適化東北大などが一端を解明

日刊工業新聞　https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00731231

2024年11月

メディア報道種別: 新聞・雑誌
東北大など、葉緑体の祖先である藍藻が植物は必要としていないナトリウムイオンを利用して光合成を制御することを解明

日本経済新聞

2024年11月

メディア報道種別: 新聞・雑誌

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脱化石燃料、再生可能エネルギーの生産、食糧増産、環境保全は、現代社会における重要な課題です。この解決策の一つとして、太陽光エネルギーをバイオマスに変換する光合成の効率を最適化することが期待されています。光合成生物の藍藻や植物葉緑体は、太陽光エネルギーを活用し、生体膜に水素イオン（H+）の濃度差を作り出すことで、CO2から糖を生成するため、H+濃度の調節機構はきわめて重要です。東北大学大学院工学研究科バイオ工学専攻の辻井雅助教らは、植物葉緑体の祖先である「藍藻」のNa+/H+の対向輸送体が光合成の制御において重要な役割を果たすことを初めて明らかにしました。藍藻の膜タンパク質であるNhaS1およびNhaS2（注3）と呼ばれるNa+/H+対向輸送体が、特に強い光の下で細胞内H+濃度を調節し、光合成を最適化することが確認されました。このイオン輸送体の機能と役割の発見により、光合成の最適化メカニズムの理解が進み、藍藻を活用したバイオ燃料の生産や、農作物の収量向上といった実用的な応用が期待されます。この研究は、日本女子大学、大阪公立大学、早稲田大学、中央大学、立命館大学との共同研究により行われました。本研究の成果は、2024年10月24日に米国植物生理学会誌 Plant Physiology にオンラインで掲載されました。
光合成を最適化するイオン輸送体の解明 - 葉緑体の祖先はナトリウムを利用して光合成を行う -

東北大学

2024年11月

メディア報道種別: インターネットメディア

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脱化石燃料、再生可能エネルギーの生産、食糧増産、環境保全は、現代社会における重要な課題です。この解決策の一つとして、太陽光エネルギーをバイオマスに変換する光合成の効率を最適化することが期待されています。光合成生物の藍藻や植物葉緑体は、太陽光エネルギーを活用し、生体膜に水素イオン（H+）の濃度差を作り出すことで、CO2から糖を生成するため、H+濃度の調節機構はきわめて重要です。東北大学大学院工学研究科バイオ工学専攻の辻井雅助教らは、植物葉緑体の祖先である「藍藻」のNa+/H+の対向輸送体が光合成の制御において重要な役割を果たすことを初めて明らかにしました。藍藻の膜タンパク質であるNhaS1およびNhaS2（注3）と呼ばれるNa+/H+対向輸送体が、特に強い光の下で細胞内H+濃度を調節し、光合成を最適化することが確認されました。このイオン輸送体の機能と役割の発見により、光合成の最適化メカニズムの理解が進み、藍藻を活用したバイオ燃料の生産や、農作物の収量向上といった実用的な応用が期待されます。この研究は、日本女子大学、大阪公立大学、早稲田大学、中央大学、立命館大学との共同研究により行われました。本研究の成果は、2024年10月24日に米国植物生理学会誌 Plant Physiology にオンラインで掲載されました。