Elucidation of significance and regulatory mechanism of glucose-mediated protein Arg-phosphorylation of glucose-metabolizing enzymes
| Project/Area Number |
21K05349
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38020:Applied microbiology-related
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
小倉 光雄 東海大学, 海洋研究所, 教授 (80204163)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 転写因子 / マンガンイオン輸送 / RNA-seq解析 / DNA結合 / 転写制御 / グルコース / リン酸化Arg / 細胞内Mn2+濃度 / ピルビン酸脱水素酵素 / リン酸化Arg脱リン酸化酵素 |
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| Outline of Research at the Start |
グルコースを分解する解糖系酵素の活性制御は、必要なエネルギーを低コストで獲得すると生存競争で有利になることから、多くの細菌にとって重要である。グラム陽性菌のモデル細菌として研究が蓄積している枯草菌で、グルコースが誘導する解糖系酵素タンパク質を分解から守るためのシステムが新たに見出された。そのシステムの本質は、タンパク質が翻訳された後に特定の部位（アルギニン）がリン酸化されることが引き金になり、タンパク質を分解へと導く翻訳後修飾と呼ばれる仕組みをグルコースが阻害することである。本研究でその詳細な分子メカニズムを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
グルコース存在下でのahrC破壊株とmntR破壊株について、野生株を対照とした比較RNA-seq解析をN=4で実施した。その結果、ahrC株について、FDR, <0.05, log2[FC], 1の条件で、従来知られていたarg-boxを持つ8転写単位に加えて1176遺伝子を検出した。同じ条件でmntR株について、既知のマンガン輸送遺伝子7に加えて、1316遺伝子を検出した。予想していなかったが、ahrC制御候補遺伝子とmntR制御候補遺伝子は互いに3割程度重複していた。RNA-seq解析では往往にして偽陽性を標的遺伝子として検出してしまうことが知られているので、ahrC制御候補オペロンのプロモーターを15、mntR制御候補オペロンのプロモーターを19選び、両転写因子による制御を各プロモーターのlacZ fusionを作成・使用してグルコース存在下で検証したところ、全てについてその制御を確認した。なお14プロモーターについては、ahrC, mntR両方で制御されていた。ahrCについては、カリウムイオンとマグネシウムイオン輸送に関わる遺伝子とヒスチジンなどのアミノ酸生合成遺伝子のプロモーターが含まれていた。また、mntRについては、鉄イオン輸送に関わる遺伝子とアルギニンなどのアミノ酸生合成遺伝子のプロモーターが含まれていた。両方ともspoIIEなどの胞子形成遺伝子をも制御していた。さらに精製AhrCとMntRタンパク質を用いて、これら転写因子が直接に上記の標的プロモーターに結合するか否かをEMSAにて検討した。その結果、AhrCについては新たに5プロモーター、MntRについては新たに12プロモーターについて直接の結合を観察した。
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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
RNA-seq解析で、AhrCとMntRについて、新たな標的をゲノムの1/4程度の遺伝子について同定した。両転写因子が、従来考えられていたような狭い生理的役割に止まらず、広くイオン輸送を介してその恒常性に貢献している可能性が示唆された。したがって、2022年度研究において新たな知見を得ているので概ね順調に進行していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
新たにマンガン輸送に関わることが明らかになったycsF遺伝子を含むオペロンは、7遺伝子からなり、うち3つは5-oxoproline代謝に関わる遺伝子で、1つはこのオペロンの転写を抑制する転写因子kipRをコードしている。そして、従来の研究で転写因子TnrAとKipRがこのオペロンを制御していることが知られていて、本研究で新たにグルコース誘導に関わる転写因子CcpAとAhrC, MntRにも制御されていることがわかった。これらの転写因子によるycsF遺伝子を含むオペロンの転写制御について、その全体像をあきらかにする。さらにこのオペロンのマンガンによる転写制御があるかどうか、もしあるならばその機構をも明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
