海洋性好熱古細菌における新規制限酵素遺伝子群の網羅的開発に関する研究

• Project/Area Number: 14656082
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Fisheries chemistry
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 左子 芳彦 京都大学, 農学研究科, 教授 (60153970)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野村 紀通 京都大学, 農学研究科, 助手 (10314246)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2004: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2003: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2002: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 古細菌 / ゲノム多型 / イントロンホーミング / 遺伝子水平伝播 / ホーミングエンドヌクレアーゼ / 利己的遺伝子 / 可動性イントロン / 超好熱菌 / ゲノム / 有用遺伝子資源 / II型制限酵素 / タンパク質-DNA相互作用 / 制限修飾系 / バイオインフォマテイックス / 無細胞蛋白質合成系 / 耐熱性酵素

Research Abstract

古細菌rRNA遺伝子には多数の可動性イントロンが散在し,その各々の内部ORFにはLAGLIDADG型ホーミングエンドヌクレアーゼ(HEase)がコードされている.HEaseはこれらのイントロンの部位特異的転移を司る鍵酵素であり,ゲノム塩基配列の中からイントロンの転移標的を検索・切断しホーミング(homing)過程を開始させる役割を担う.またLAGLIDADG型HEaseは14-40bpの長いDNA配列を認識するレアカッター酵素であることもこれまでの我々の研究から明らかになっている.本年度は,広義の「制限酵素」の範疇に属するLAGLIDADG型HEaseの構造と機能について解析した.
海洋性超好熱古細菌Aeropyrum pernixおよび陸上温泉から分離された超好熱古細菌Pyrobaculum oguniense, Thermoproteus spp.から19種の新規な認識配列をもつ酵素を同定し,I-ApeI,I-ApeII,I-Tsp061I等と名づけた.いずれも14〜22bpの長さの偽回文配列または非回文配列を認識するレアカッター酵素であり,それらの基質特異性を詳細に検討した.I-Tsp061Iの結晶については分解能2.0Åの精密立体構造を解明することに成功し,その原子座標をPDBに登録した(PDB ID : 1VAW).I-ApeII遺伝子にランダム変異を導入することにより,その基質特異性が野生型とは異なる人工レアカッター酵素の創製に成功した.立体構造のモデリングから,この変異体における基質特異性の変化は,標的DNAとの相互作用を司るDNA結合表面(βサドル構造)の柔軟性が増強されたことによるものと推測された.

Research Products

• [Journal Article] Thioreductor micantisoli gen.nov., sp.nov., a novel mesophilic, sulfur-reducing chemolithoautotroph within the epsilon-Proteobacteria isolated from the hvdrothermal sediments in the Mid-Okinawa Trough (2005)
  • Author(s): Nakagawa, S. et al.
  • Journal Title: Int.J.Syst.Evol.Microbiol. 55(印刷中)
• [Journal Article] Nitratiruptor tergarcus gen.nov., sp.nov. and Nitratifractor salsuginis gen.nov., sp.nov., two nitrate-reducing chemolithoautotrophs within the epsilon-Proteobacteria isolated from a deep-sea hydrothermal system in the Mid-Okinawa (2005)
  • Author(s): Nakagawa, S. et al.
  • Journal Title: Int.J.Syst.Evol.Microbiol. 55(印刷中)
• [Journal Article] Rapid detection of natural cells of Alexandrium tamarense and A.catenella (Dinophyceae) by fluorescence in situ hybridization (2005)
  • Author(s): Hosoi-Tnabe, S. et al.
  • Journal Title: Harmful Algae 4 Pages: 319-328
• [Journal Article] Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of homing endonuclease I-Tsp061I (2004)
  • Author(s): Imagawa, T. et al.
  • Journal Title: Acta.Crystallogr.D Biol.Crystallogr. 60・11 Pages: 2006-2008
• [Journal Article] Aeropyrum camini sp.nov., a strictly aerobic, hyperthermophilic archaeon from a deep-sea hydrothermal vent chimney (2004)
  • Author(s): Nakagawa, S. et al.
  • Journal Title: Int.J.Syst.Evol.Microbiol. 54・2 Pages: 329-335
• [Journal Article] Fluorescence in situ hybridization using rRNA-targeted probes for simple and rapid identification of the toxic dinoflagellates Alexandrium tamarense and Alexandrium catenella. (2004)
  • Author(s): Sako, Y. et al.
  • Journal Title: J.Phycol. 40 Pages: 598-605
• [Book] 深海熱水孔と好熱バイオテクノロジー.京大人気講義シリーズバイオサイエンスの新戦略-京都大学農学部編- (2004)
  • Author(s): 左子芳彦
  • Total Pages: 184
  • Publisher: 丸善
• [Publications] Nakayama H, Morinaga Y, Nomura N, Sako Y, et al.: "An archaeal homing endonuclease I-PogI cleaves at the insertion site of the neighboring intron, which has no nested open reading frame"FEBS Letters. 544巻1-3号. 165-170 (2003)
• [Publications] Itoh, T., Nomura, N., Sako, Y.: "Distribution of 16S rRNA introns among the family Thermoproteaceae and their evolutionary implications"Extremophiles. 7巻3号. 229-233 (2003)
• [Publications] 野村紀通, 左子芳彦: "超好熱古細菌からの遺伝子資源の開発利用"月刊海洋号外(特集「海洋微生物II-基礎,応用研究とその利用」). 35号. 168-175 (2003)
• [Publications] Takai, K., F.Inagaki, S.Nakagawa, H.Hirayama et al.: "Isolation and phylogenetic diversity of members of previously uncultivated ε-Proteobacteria in deep-sea hydrothermal fields"FEMS Microbiology Letters. 218巻1号. 167-174 (2003)
• [Publications] Nunoura T, Y.Sako, T.Wakagi, A.Uchida: "Regulation of the aerobic respiratory chain in the facultatively aerobic and hyperthermophilic archaeon Pyrobaculum oguniense"Microbiology. 149巻34号. 673-688 (2003)
• [Publications] Nakagawa, S., K.Takai, K.Horikoshi, Y.Sako: "Persephonella hydrogeniphila sp. nov., a novel thermophilic, hydrogen-oxidizing bacterium from a deep-sea hydrothermal vent chimney"International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53巻3号. 863-869 (2003)
• [Publications] Nomura, N., Morinaga, Y., Kogishi, T., Kim, E., Sako, Y., Uchida, A.: "Heterogeneous yet similar introns reside in identical positions of the rRNA genes in Natural isolates of the archaeon Aeropyrum pernix"Gene. 295・1-2. 43-50 (2002)
• [Publications] Morinaga, Y., Nomura, N., Sako, Y.: "Population dynamics of archaeal mobile introns in natural environments : A shrewd Invasion strategy of the latent parasitic DNA"Microbes and Environments. 17・4. 153-163 (2002)
• [Publications] Takai K, Inagaki F, Nakagawa S, Hirayama H, Nunoura T, Sako Y, Nealson KH, Horikoshi K.: "Isolation and phylogenetic diversity of members of previously uncultivated epsilon-Proteobacteria in deep-sea hydrothermal fields"FEMS Microbiology Letters. 218・1. 167-174 (2003)
• [Publications] Nunoura T, Akihara S, Takai K, Sako Y.: "Thermaerobacter nagasakiensis sp. nov., a novel aerobic and extremely thermophilic marine bacterium"Archives of Microbiology. 177・4. 339-344 (2002)
• [Publications] 左子芳彦: "好気性超好熱古細菌の多様性と代謝特性"日本農芸化学会誌. 76・8. 730-733 (2002)
• [Publications] Sako, Y., Nakagawa, S., Takai, K., Horikoshi, K.: "Marinithermus hydrothermalis gen. nov., sp. nov., a strictly aerobic, thermophilic bacterium from a deep-sea hydrothermal vent chimney"International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53.1. 59-65 (2003)