How can chemotaxis sensors in environmental bacteria sense multiple amino acids?

• Project/Area Number: 21H02106
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38020:Applied microbiology-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 加藤 純一 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 教授 (90231258)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
• Keywords: ケモセンサー / 物質認識機構 / 走化性 / 走化性センサー / 環境細菌

Outline of Research at the Start

本研究は細菌のダブルPDC型アミノ酸(aa)走化性センサーがどのようにして多種類のaaを感知できるかを分子レベルで解明することを目的とする。位置特異的変異導入によりPseudomonas protegensのセンサーCtaA(20aaを感知)とCtaB(4aaを感知)のリガンド結合部位周辺に変異を導入した変異体ライブラリーを構築する。変異型センサー発現株の走化性性測定から変異導入がaa感知パターンに及ぼす影響を明らかにする。さらにケモセンサーの構造変化とリガンド結合エネルギーをモデル解析する。そしてウェットとドライの解析結果を取りまとめ、多種類・多数のaaを感知できる構造的特性を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

Pseudomonas protegensのアミノ酸走化性センサーCtaBがどのようにして4つのアミノ酸しか認識できないのか、同菌のCtaAのように（19アミノ酸を感知）多数のアミノ酸を感知できるようにできないかを検討するため、AutoDock Vinaを用いた分子ドッキング解析を行った。これまでの研究から、CtaAのリガンドのアミノ基の結合に関与するD146に対応するCtaBのA144の変異体CtaB A144Dは、オリジナルのリガンドを感知できなくなる一方、Argの感知能を獲得することを示した。分子ドッキングモデル解析から、CtaB A144Dの144Dの側鎖はCtaAのD146とは異なり結合ポケットから遠ざかるように配置しており、リガンドアミノ酸との結合には寄与できないと予想された。CtaBでのA144のAsp側鎖メチル基はリガンドアミノ酸の側鎖と水素結合を形成し、結合が可能になっていると予想された。CtaB A144DとArgの分子ドッキングでは、D144のAsp残基のカルボキシル基がArgのグアニジノ基と結合することで結合が成立することが予想された。CtaAとCtaBのアミノ酸リガンドとの結合を考えた場合、CtaAではD146がアミノ酸リガンドのアミノ基と相互作用をする、それに対し、CtaAのD146に相当するCtaBのA144はアミノ酸リガンドの側鎖と相互作用することでリガンドとの結合を成立させている、ということでリガンドの結合の配向が異なることが予想された。これが、感知し得るアミノ酸の数の差になっているのではないか。であるので単に対応するアミノ酸残基をCtaA型に返還しても、認識し得るアミノ酸数が増えなかった（むしろ減少した）と考えられる。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。