| 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 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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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 | マンガンイオン / イオン輸送 / 遺伝子発現制御 / 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 |
報告者は、転写因子AhrCによって制御されるMnインポーターYcsGをコードする遺伝子を同定した。ycsGの発現はMntRによっても制御されている事を確認した。YcsGは7つのORFからなるオペロンに存在する。このオペロン内の2つの遺伝子は1997年に、胞子形成の制御遺伝子kipIと、このオペロンの発現を抑制する転写因子kipRとして同定され、オペロンの発現はグルコースによって誘導され、転写因子TnrAによってさらに活性化されることも判明した。さらにゲノムワイド解析により、グローバルな窒素代謝制御因子TnrAによるこのオペロンの制御も判明した。しかし2017年に、kipIを含むこのオペロンに含まれる3つの遺伝子が、グルタミン酸代謝に関与する5-オキソプロリナーゼのサブユニットであることが示されたが、ycsGの機能はまだ不明だった。本研究で、このオペロンのプロモーターPpxpAのMn添加による誘導が観察された。Mn依存的な誘導を種々の変異株を用いて発現解析し、Mn誘導の原因となる転写因子としてKipRを同定した。結果として、PpxpAのMn応答は、MntR、TnrA、KipRによって媒介されることが判明した。TnrA依存的なMn応答は他のグループにより報告されていて、そのメカニズムは以下のように推察されている。TnrAはグルタミンによってフィードバック阻害されたグルタミン合成酵素と結合し、その結果TnrAを阻害する。 グルタミン合成酵素のMn型はMg型よりもグルタミンによる阻害に強く、その結果TnrA活性の阻害が少ない。枯草菌のKipRの特性はよくわかっていないが、Thermotoga maritimaのKipRホモログの結晶構造から亜鉛の結合が明らかになった。枯草菌KipRの金属結合の可能性は、KipRによるMn依存的なオペロン制御に関係しているのかもしれない。
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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
昨年度の目標であったYcsGを含むオペロンの発現制御とMnイオン応答性について、ある程度の進捗を見ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
そもそも、本研究の目的におけるグルコース誘導は、カタボライト制御のマスター遺伝子CcpAに依存せず、最近まで機能が不明であったylxR遺伝子を含むものであった。報告者は、YlxRの非特異的なDNA結合を観察し、いわゆるNucleoid-associated proteinとしてYlxRが遺伝子発現を制御する事を想定していた。最近、ドイツのグループがYlxRはtRNAの成熟化に必要な核酸分解酵素RNasePにタンパク質相互作用を通じて結合し、その活性を負に制御している事を報告した。そこで、YlxRの遺伝子発現制御メカニズムにRNasePが関係しているかどうかを調べる予定である。
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