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榎本 元 (エノモト ゲン) Gen Enomoto 助教 |
出身学校 【 表示 ／ 非表示 】
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東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻生命環境科学系 卒業
2013年04月 - 2016年03月
国名：日本国
備考：博士課程
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東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻生命環境科学系 卒業
2011年04月 - 2013年03月
国名：日本国
備考：修士課程
学外略歴 【 表示 ／ 非表示 】
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電気通信大学 大学院情報理工学研究科 基盤理工学専攻 日本学術振興会 特別研究員 (RPD)
2022年07月 - 2024年03月
国名：日本国
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Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Biologie III 日本学術振興会 海外特別研究員
2020年07月 - 2022年06月
国名：ドイツ連邦共和国
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Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Biologie III EMBO Long-Term Fellow
2018年02月 - 2020年06月
国名：ドイツ連邦共和国
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東京大学 大学院総合文化研究科 助教
2016年04月 - 2018年01月
国名：日本国
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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Evidence for an early green/red photocycle that precedes the diversification of GAF domain photoreceptor cyanobacteriochromes. 査読あり 国際共著 国際誌
Nibedita Priyadarshini, Niklas Steube, Dennis Wiens, Rei Narikawa, Annegret Wilde, Georg K A Hochberg, Gen Enomoto
Photochemical & photobiological sciences : Official journal of the European Photochemistry Association and the European Society for Photobiology 2023年02月
担当区分：最終著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
Phytochromes are linear tetrapyrrole-binding photoreceptors in eukaryotes and bacteria, primarily responding to red and far-red light signals reversibly. Among the GAF domain-based phytochrome superfamily, cyanobacteria-specific cyanobacteriochromes show various optical properties covering the entire visible region. It is unknown what physiological demands drove the evolution of cyanobacteriochromes in cyanobacteria. Here, we utilize ancestral sequence reconstruction and biochemical verification to show that the resurrected ancestral cyanobacteriochrome proteins reversibly respond to green and red light signals. pH titration analyses indicate that the deprotonation of the bound phycocyanobilin chromophore is crucial to perceive green light. The ancestral cyanobacteriochromes show only modest thermal reversion to the green light-absorbing form, suggesting that they evolved to sense the incident green/red light ratio. Many cyanobacteria can utilize green light for photosynthesis using phycobilisome light-harvesting complexes. The green/red sensing cyanobacteriochromes may have allowed better acclimation to changing light environments by rearranging the absorption capacity of the phycobilisome through chromatic acclimation.
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Control of light-dependent behaviour in cyanobacteria by the second messenger cyclic di-GMP. 査読あり 国際共著 国際誌
Gen Enomoto, Thomas Wallner, Annegret Wilde
microLife 4 uqad019 2023年
担当区分：筆頭著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
Nucleotide-derived signalling molecules control a wide range of cellular processes in all organisms. The bacteria-specific cyclic dinucleotide c-di-GMP plays a crucial role in regulating motility-to-sessility transitions, cell cycle progression, and virulence. Cyanobacteria are phototrophic prokaryotes that perform oxygenic photosynthesis and are widespread microorganisms that colonize almost all habitats on Earth. In contrast to photosynthetic processes that are well understood, the behavioural responses of cyanobacteria have rarely been studied in detail. Analyses of cyanobacterial genomes have revealed that they encode a large number of proteins that are potentially involved in the synthesis and degradation of c-di-GMP. Recent studies have demonstrated that c-di-GMP coordinates many different aspects of the cyanobacterial lifestyle, mostly in a light-dependent manner. In this review, we focus on the current knowledge of light-regulated c-di-GMP signalling systems in cyanobacteria. Specifically, we highlight the progress made in understanding the most prominent behavioural responses of the model cyanobacterial strains Thermosynechococcus vulcanus and Synechocystis sp. PCC 6803. We discuss why and how cyanobacteria extract crucial information from their light environment to regulate ecophysiologically important cellular responses. Finally, we emphasize the questions that remain to be addressed.
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Thermosynechococcus switches the direction of phototaxis by a c-di-GMP-dependent process with high spatial resolution. 査読あり 国際共著 国際誌
Daisuke Nakane, Gen Enomoto, Heike Bähre, Yuu Hirose, Annegret Wilde, Takayuki Nishizaka
eLife 11 2022年05月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
Many cyanobacteria, which use light as an energy source via photosynthesis, show directional movement towards or away from a light source. However, the molecular and cell biological mechanisms for switching the direction of movement remain unclear. Here, we visualized type IV pilus-dependent cell movement in the rod-shaped thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus vulcanus using optical microscopy at physiological temperature and light conditions. Positive and negative phototaxis were controlled on a short time scale of 1 min. The cells smoothly moved over solid surfaces towards green light, but the direction was switched to backward movement when we applied additional blue light illumination. The switching was mediated by three photoreceptors, SesA, SesB, and SesC, which have cyanobacteriochrome photosensory domains and synthesis/degradation activity of the bacterial second messenger cyclic dimeric GMP (c-di-GMP). Our results suggest that the decision-making process for directional switching in phototaxis involves light-dependent changes in the cellular concentration of c-di-GMP. Direct visualization of type IV pilus filaments revealed that rod-shaped cells can move perpendicular to the light vector, indicating that the polarity can be controlled not only by pole-to-pole regulation but also within-a-pole regulation. This study provides insights into previously undescribed rapid bacterial polarity regulation via second messenger signalling with high spatial resolution.
DOI： 10.7554/eLife.73405
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Kaisei Maeda, Yukiko Okuda, Gen Enomoto, Satoru Watanabe, Masahiko Ikeuchi
eLife 10 2021年06月
掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：eLife Sciences Publications, Ltd
Extracellularpolysaccharides of bacteria contribute to biofilm formation, stress tolerance, and infectivity. Cyanobacteria, the oxygenic photoautotrophic bacteria, uniquely produce sulfated extracellular polysaccharides among bacteria to support phototrophic biofilms. In addition, sulfated polysaccharides of cyanobacteria and other organisms have been focused as beneficial biomaterial. However, very little is known about their biosynthesis machinery and function in cyanobacteria. Here, we found that the model cyanobacterium, <italic>Synechocystis</italic> sp. strain PCC 6803, formed bloom-like cell aggregates embedded in sulfated extracellular polysaccharides (designated as synechan) and identified whole set of genes responsible for synechan biosynthesis and its transcriptional regulation, thereby suggesting a model for the synechan biosynthesis apparatus. Because similar genes are found in many cyanobacterial genomes with wide variation, our findings may lead elucidation of various sulfated polysaccharides, their functions, and their potential application in biotechnology.
DOI： 10.7554/elife.66538
その他リンク： https://cdn.elifesciences.org/articles/66538/elife-66538-v1.xml
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Evolution-inspired design of multicolored photoswitches from a single cyanobacteriochrome scaffold. 査読あり 国際共著 国際誌
Keiji Fushimi, Masumi Hasegawa, Takeru Ito, Nathan C Rockwell, Gen Enomoto, Ni-Ni -Win, J Clark Lagarias, Masahiko Ikeuchi, Rei Narikawa
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 117 ( 27 ) 15573 - 15580 2020年07月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
Cyanobacteriochromes (CBCRs) are small, bistable linear tetrapyrrole (bilin)-binding light sensors which are typically found as modular components in multidomain cyanobacterial signaling proteins. The CBCR family has been categorized into many lineages that roughly correlate with their spectral diversity, but CBCRs possessing a conserved DXCF motif are found in multiple lineages. DXCF CBCRs typically possess two conserved Cys residues: a first Cys that remains ligated to the bilin chromophore and a second Cys found in the DXCF motif. The second Cys often forms a second thioether linkage, providing a mechanism to sense blue and violet light. DXCF CBCRs have been described with blue/green, blue/orange, blue/teal, and green/teal photocycles, and the molecular basis for some of this spectral diversity has been well established. We here characterize AM1_1499g1, an atypical DXCF CBCR that lacks the second cysteine residue and exhibits an orange/green photocycle. Based on prior studies of CBCR spectral tuning, we have successfully engineered seven AM1_1499g1 variants that exhibit robust yellow/teal, green/teal, blue/teal, orange/yellow, yellow/green, green/green, and blue/green photocycles. The remarkable spectral diversity generated by modification of a single CBCR provides a good template for multiplexing synthetic photobiology systems within the same cellular context, thereby bypassing the time-consuming empirical optimization process needed for multiple probes with different protein scaffolds.
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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海洋性シアノバクテリアAcaryochloris marinaが青色光光量感知機能をもつ意義
長谷川万純, 長谷川万純, 伏見圭司, 及川雄貴, 榎本元, 池内昌彦, 吉澤晋, 成川礼
日本微生物生態学会大会(Web) 2017 2017年
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赤・遠赤色光スイッチ型cAMP合成酵素の開発
伏見圭司, 榎本元, 池内昌彦, 成川礼, 成川礼
日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2015 2015年
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クロロフィルdを持つシアノバクテリアAcaryochloris marinaの光受容体シアノバクテリオクロムの解析
成川礼, 伏見圭司, 榎本元, 池内昌彦
日本植物学会大会研究発表記録 79th 2015年
学術関係受賞 【 表示 ／ 非表示 】
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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細胞の短軸方向の極性制御を実現するタンパク質の同定
研究課題/領域番号：24K08659 2024年04月 - 2027年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
榎本 元
配分額：4550000円 （ 直接経費：3500000円 、 間接経費：1050000円 ）
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ライブイメージングで解き明かすラン藻の光応答性シグナル伝達の時空間ダイナミクス
研究課題/領域番号：22KJ1374 2023年03月 - 2026年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
榎本 元
配分額：4550000円 （ 直接経費：3500000円 、 間接経費：1050000円 ）
バクテリアの細胞はよりよい環境に移動することで、変化する環境に適応することができる。ラン藻（シアノバクテリア）は光合成によって生育するバクテリアである。光が生育に必須であることを反映するように、ラン藻は環境の光条件に従って運動のふるまいを精巧に変化させる。本研究は主に顕微鏡を用いて生きた細胞を観察することにより、ラン藻細胞が光を感知して運動の振る舞いを変化させるのに必要な細胞内における分子のふるまい 、および細胞集団における個々の細胞のふるまいを理解することを目指すものである。
本年度は最初の二ヶ月間、ドイツ・フライブルク大学にて研究をおこなった。どのタンパク質が二次メッセンジャー分子c-di-GMPを結合してラン藻の細胞運動を制御するのかを明らかにするため、c-di-GMP 受容体の探索と評価を行った。細胞破砕液を用いて c-di-GMP 親和性クロマトグラフィーを行い 、質量分析による同定を経て推定 c-di-GMP 結合タンパク質の候補を得た。日本に帰国後、細胞運動のもつ生態学的役割を探るため、研究対象に用いている好熱性シアノバクテリアThermosynechococcus vulcanusがもともと単離された和歌山県の湯ノ峰温泉で緑色の微生物マットのサンプリングをおこなった。顕微鏡観察および寒天培地上での生育実験により、これらのサンプルから光の向きを感知した細胞運動の存在を確認した。また、運動装置がいつ・どこで・どのように機能するのかを解明するため、Pilin線毛の特異的ライブイメージングを試みた。pilin タンパク質PilAにシステイン残基を導入し、蛍光ラベルされたマレイミド試薬を用いて特異的に線毛を可視化する技術を応用し、これまで解析が可能であったT. vulcanusに加えて、あらたに常温性ラン藻Synechocystis sp. PCC6803でも線毛の可視化に成功した。 -
光の色に応じた生育様式の転換を支えるサイクリックジグアニル酸ネットワーク
研究課題/領域番号：17K15244 2017年04月 - 2019年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(B) 若手研究(B)
榎本 元
配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）
研究代表者はこれまでに、好熱性シアノバクテリアの光波長特異的な細胞凝集を制御するためのサイクリックジグアニル酸 （c-di-GMP）シグナル伝達の存在を明らかにしてきた。本研究では、多様なタンパク質が細胞内でどのように共存しているか、c-di-GMPシグナル伝達ネットワークの全容解明を目指した。遺伝子破壊株の表現型と転写プロファイルの網羅的な解析から、凝集を抑制する最も重要な因子Tlr1612を同定した。また自然光のもとでは凝集体において個々の細胞がもつc-di-GMP濃度の不均一性が誘導される可能性を見出した。
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シアノバクテリオクロムによるｃ－ｄｉ－ＧＭＰシグナル伝達機構の解明
研究課題/領域番号：13J08415 2013年04月 - 2016年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 特別研究員奨励費
榎本 元
配分額：3000000円 （ 直接経費：3000000円 ）
前年度において当初の研究実施計画をほぼ完遂し、本年度にその結果をProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America誌に発表した。
解析対象である三つの光受容体は協調して、c-di-GMP というセカンドメッセンジャーを介したシグナル伝達を行い、好熱性シアノバクテリアが示す細胞凝集を照射光波長依存的に制御している。本研究にさらに深い考察を与えるため、細胞凝集における最も重要なトリガーであるSesAの定量的解析を行った。SesAが示すc-di-GMP合成活性は、青色光照射下での活性化状態であっても、産物であるc-di-GMPによってその活性が阻害されることがわかった。
c-di-GMP受容体であるセルロース合成酵素Tll0007のc-di-GMPに対する親和性を測定すると、その親和性は低く、SesAが合成するc-di-GMPはTll0007を活性化するのに量が足りないことが示唆された。他のc-di-GMP合成酵素が、SesAとTll0007を仲介する増幅因子として機能する可能性を考え、網羅的な遺伝子破壊株を作製して増幅因子を探索した。増幅因子としてのc-di-GMP合成酵素は発見できなかったが、細胞凝集を抑制するのに必要な因子を同定した。現在は、この抑制因子の「抑制」が増幅因子として機能する可能性を検証している。
上記で示唆したようにc-di-GMPシグナル伝達が二段階に分かれていることは、細胞凝集という固着性への転換が、運動性の抑制、細胞外多糖生産など、多段階で進む反応であることを反映していると予想される。本研究は、バクテリアが固着性へ転換するという普遍的かつ複雑な生体プロセスを支える分子機構の解明に大きく貢献できることが期待される。
その他競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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始原的生物時計における光入力の役割の解明
研究課題/領域番号：Y-2024-2-012 2024年04月 - 2026年03月
公益財団法人 発酵研究所 若手研究者助成
配分額：3000000円