Project Area | Life Science Innovation Driven by Supersulfide Biology |
Project/Area Number |
21H05271
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Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
Principal Investigator |
増田 真二 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30373369)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 隆之 奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (90817214)
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Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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Budget Amount *help |
¥81,120,000 (Direct Cost: ¥62,400,000、Indirect Cost: ¥18,720,000)
Fiscal Year 2024: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2023: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2022: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
Fiscal Year 2021: ¥20,410,000 (Direct Cost: ¥15,700,000、Indirect Cost: ¥4,710,000)
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Keywords | 硫化水素 / 超硫黄 / 光合成細菌 / 土壌細菌 / 転写制御 / 活性硫黄 / 細菌 / 活性硫黄分子種 / 大腸菌 / 転写因子 |
Outline of Research at the Start |
細胞内における硫化水素の認識とシグナル伝達のメカニズム、またその生理的重要性の解明を目的に、細菌の硫化水素応答時のセンサータンパク質の修飾状態と遺伝子発現変化の精査、また硫化水素を基質とした超硫黄分子の合成と代謝過程を調べ、硫化水素のシグナル伝達に超硫黄分子が果たす役割を明らかにする。大腸菌や光合成細菌の硫化水素応答性転写因子の欠失変異株を作出し、その表現型を精査することで、硫化水素に応答した転写調節の生理的重要性を明らかにする。得られた知見を基に、新たな抗生物質のターゲットや腫瘍の診断への応用、さらには海洋エネルギー資源の開発にむけた、硫化水素・超硫黄分子利用の可能性を検討する。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、いくつかの細菌種を用いて硫化水素応答時のセンサータンパク質の修飾状態と遺伝子発現変化を精査し、細胞内における硫化水素の認識とシグナル伝達のメカニズム、またその生理的重要性を解明することを目指している。2022年度は以下の項目の研究を進めた。 1)大腸菌のSqrRホモログYgaVの生化学的解析:紅色光合成細菌の硫化水素依存型転写因子SqrRは活性硫黄分子種依存的に分子内テトラスフィド結合を形成することがわかっている。同様の修飾が大腸菌のSqrRホモログ(YgaV)でも起こるのかを調べたところ、SqrRとは異なり、YgaVは硫化水素イオン存在下で分子内テトラスルフィド結合を形成することがわかった。 2)紅色細菌の活性硫黄分子代謝とシグナリングの関係性:2021年度までに、硫化水素添加時の紅色細菌内における超硫黄分子種の存在量推移に関する網羅的定量データを東北大学の赤池研究室の協力のもと取得し、その解析を重点的に進めた。2022年度はその解析結果を基にした論文の執筆を進め、掲載するに至った。また細胞内の活性硫黄分子種の組成変化を基にその代謝過程を予想したところ、SQRによる硫化水素酸化後の活性硫黄分子種の代謝過程が予想された。そこでこの代謝に関わると予想されたいくつかの代謝酵素の変異体を作出し、活性硫黄分子種の代謝とそのシグナリングの関係性を調べる実験系の構築を進めた。 3)YgaVの生理機能解析:前年度までにygaV変異体は抗生物質耐性が弱まることを明らかした。そこで、活性酸素種の定量などを通じて、YgaV依存の転写制御がどのような抗生物質にどのくらい寄与するのかを精査したところ、YgaV変異体の抗生物質に対する抵抗性は抗生物質ごとに異なることがわかった。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナ禍もあけ、通常通りの実験環境で研究を実施することができたため。
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Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果を踏まえ、2023年度は以下の項目の研究を進める予定。 1)大腸菌のYgaVの生化学的解析:紅色光合成細菌の硫化水素依存型転写因子SqrRは活性硫黄分子種依存的に分子内テトラスフィド結合を形成することがわかっている。一方、大阪公立大学の居原教授との共同研究により、大腸菌のSqrRホモログ(YgaV)は高濃度の硫化水素イオンにより同様の修飾を直接形成しうることがわかった。この反応性の違いが何に起因するのかを、SqrRとの比較生化学的解析により明らかにする。 2)紅色細菌の活性硫黄分子代謝とシグナリングの関係性:2022年度までに、紅色細菌のSQRによる硫化水素酸化後の活性硫黄分子種の代謝に関わる酵素の変異体を複数作出している。今年度は、これら変異体の活性硫黄分子種の代謝とそのシグナリングの影響を精査し、細胞内の活性硫黄分子種の代謝過程の詳細と、その代謝が活性硫黄分子種依存の転写制御に及ぼす影響を明らかにする。 3)タマネギ感染菌における活性硫黄分子種の役割:タマネギは抗菌物質として作用するさまざまな硫黄化合物をつくり、タマネギに感染する細菌はこれら硫黄化合物に応答するシステムを有していると考えられる。そこで活性硫黄分子依存のシグナル伝達に関する研究成果の応用的展開を見据え、タマネギ感染菌Burkholderiaにおけるタマネギ感染時にはたらく転写因子の同定を進める。その転写因子の生化学的・遺伝学的解析を進めることで、細菌の硫化水素・活性硫黄分種の応答性の一般性と多様性に関する情報を得ることをも目指す。
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