植物の葉緑体で"逆変換"酵素を発見～光合成やストレス応答の理解・応用に新たな道～(大学院理工学研究科 川合真紀教授 共同研究)

2025/10/20

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ポイント

• 植物の葉緑体内でNAD(P)(H)量の調節に関与する“逆変換”酵素（CCR4C）を初めて同定
• CCR4CはNADP(H)を脱リン酸化してNAD(H)に変換するNADPホスファターゼとして機能
• 光合成やストレス応答に関わるNAD(P)(H)代謝の新しい調節機構を解明

図１：電子伝達物質であるNAD(P)(H)はすべての生物が持つ基本的な物質です。植物の光合成ではNADキナーゼがNADP⁺を葉緑体で供給していることが知られていましたが、夜間等にNADP⁺を脱リン酸化して量を減らす“逆変換”のメカニズムは不明でした。本研究では葉緑体に存在するCCR4Cがホスファターゼ（脱リン酸化酵素）であることを世界に先駆けて明らかにしました。

図2：シロイヌナズナのnadk2変異体は光合成がうまく行えず成育が遅延します。しかし、さらにCCR4Cが機能しなくなると（nadk2 ccr4c)、生育は回復しました。これは、CCR4CのもつNADPの脱リン酸化活性が無くなったことで、光合成に必要なNADP+量が確保できるようになったためだと考えられます。

概要

NAD(P)(H)は、光合成や酸化ストレス応答など、植物の生命活動に欠かせない「電子のやり取り」に関わる重要な補酵素です。これまでNAD(H)をリン酸化してNADP(H)を作る酵素（NADキナーゼ）は知られていましたが、NADP（H）を脱リン酸化してNAD(H)に戻す酵素については、その正体が長年不明でした。
埼玉大学を中心とする研究チームは、モデル植物シロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）において、CCR4Cというタンパク質が葉緑体内でNADP(H)を脱リン酸化する酵素（NADPホスファターゼ）であることを明らかにしました。この発見は、植物が光合成やストレス応答をどのように調節しているのかを理解するうえで、大きな前進となる成果です。
本研究は埼玉大学大学院理工学研究科の川合真紀教授の研究グループと宇都宮大学バイオサイエンス教育研究センターの児玉豊教授、電力中央研究所サステナブルシステム研究本部の橋田慎之介上席研究員、山形大学学術研究院（農学部主担当）の宮城敦子准教授らとの共同研究で実施され、2025年10月15日（米国東部時間）に米国科学アカデミー紀要（PNAS）にオンラインで掲載されました。

論文情報

用語解説

(1) NAD(P)(H)
細胞内で電子を運ぶ分子で、光合成や呼吸、脂質合成、活性酸素防御などさまざまな代謝反応に関わります。NAD⁺とNADHは主に呼吸、NADP⁺とNADPHは光合成やストレス応答に使われます。

(2) NADキナーゼ（NADK2）
葉緑体に局在する酵素で、NAD⁺をリン酸化してNADP⁺を作ります。光合成電子伝達鎖に最終電子受容体NADP⁺を供給する働きがあります。

(3) CCR4C
本研究で新たに同定された葉緑体内の酵素で、NADP⁺やNADPHからリン酸を取り除きNAD⁺やNADHに変換する脱リン酸化酵素として機能することが明らかになりました。

(4) 葉緑体
植物細胞内で光合成が行われる細胞小器官で、太陽光を利用して二酸化炭素から糖を作り、エネルギーを生成します。

(5) 活性酸素ストレス
光合成や呼吸の過程で生じる酸素の活性化した形態によるストレスで、細胞や葉にダメージを与えます。

(6) 光合成電子伝達系
葉緑体のチラコイド膜上に存在します。光合成の中で電子を受け渡す化学反応の流れで、NADP⁺が電子を受け取ってNADPHを作ります。この過程が効率的に行われることで、植物は光エネルギーを化学エネルギーに変換できます。

• 川合　真紀｜埼玉大学研究者総覧