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放射線抵抗性細菌のDNA損傷認知に基づくPprI依存的DNA損傷応答機構の解明

Research Project

Project/Area Number 21K05356
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 38020:Applied microbiology-related
Research InstitutionNational Institutes for Quantum Science and Technology

Principal Investigator

佐藤 勝也  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子バイオ基盤研究部, 上席研究員 (90370402)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
KeywordsPprIタンパク質活性化 / 細胞内Mn濃度 / DNA損傷応答機構 / DNA修復機構 / PprIタンパク質 / Mn輸送 / 放射線抵抗性細菌 / デイノコッカス・ラジオデュランス / DdrOタンパク質 / Mn / 環状ヌクレオチド
Outline of Research at the Start

放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスの効率的なDNA修復を担うDNA損傷応答機構において、DNA修復タンパク質の発現誘導などの分子機構は十分に解明されていない。そこで本研究は、DNA損傷応答機構におけるスイッチタンパク質であるPprIの活性化に着目し、DNA損傷の認知やシグナル伝達経路について解析を行うことで、ラジオデュランスのDNA損傷依存的なDNA修復タンパク質の発現誘導の分子機構を明らかにする。これらの研究を通して、生命維持の根幹機能であるDNA修復機構を解明し、有用遺伝子資源としての利用や生命科学分野の新たな研究開発の展開に貢献することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

デイノコッカス・ラジオデュランスのpprI遺伝子は、構成的な発現をしていることから、DNA損傷時にPprIタンパク質を活性化する機構の存在が予想される。これまでに、PprIタンパク質の機能相補試験から、DNA修復遺伝子群の脱抑制にはメタロプロテアーゼ活性が最も重要であること、また、Mnを高蓄積により放射線耐性が向上することを明らかにした。そこで、細胞内Mn濃度とPprIタンパク質の活性化との関連性について解析した。具体的には、DNA損傷応答性のddrA遺伝子のプロモーター配下にルシフェラーゼ遺伝子を連結したカセットを野生株及びpprI欠損変異株に導入し、レポーター株WTP及びXDAP株を作製した。さらに、XDAP株に野生型及び変異型pprI遺伝子発現プラスミドを導入し、レポーター株DAW及びDAM株を作製した。レポーター株は、ガンマ線(2kGy)を照射後、TGYあるいはTGY/Mn培地で30℃・2時間培養し、レポーターアッセイを行った。その結果、DAW株は、ガンマ線照射後に細胞内Mn濃度が上昇する傾向がみられ、PprIタンパク質の活性化は細胞内Mn濃度に依存していると考えられた。メタロプロテアーゼドメインに変異を持つ変異株DAM119及びDAM149は、ルシフェラーゼ活性の誘導がみられず、PprIタンパク質がMnと配位結合できないと活性化されないことが分かった。DNA結合ドメインに変異を持つ変異株DAM196は、Mn添加によって、野生型と同様の活性誘導がみられ、DNA結合ドメインの機能欠損が相補された。一方、環状ヌクレオチド結合ドメインに変異を持つ変異株DAM260は、Mn添加でも、野生型よりも低い活性であった。これらの結果から、メタロプロテアーゼ活性中心でのMnの配位結合がPprIタンパク質の活性化に直接的な働きを担っていると同時に、環状ヌクレオチド結合ドメインもMnによるPprIタンパク質の活性化に関与していることが示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の計画通り、PprIタンパク質の活性化に細胞内Mn濃度が影響していることを明らかにすることができたが、環状ヌクレオチドの影響を評価することができず、やや遅れを生じている。

Strategy for Future Research Activity

作製したPprI欠損変異株を用いて、DNA損傷後の細動内環状ヌクレオチド量の変動、及びルシフェラーゼ遺伝子発現を指標としたレポーターアッセイを実施することで、PprIタンパク質の活性化に与える影響について解析することで、デイノコッカス・ラジオデュランスのPprIタンパク質依存的DNA損傷応答機構の全容解明に向けた研究を推進する。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 8 results) Presentation (9 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Activation mechanism of DNA damage response protein PprI in Deinococcus radiodurans2024

    • Author(s)
      Katsuya Satoh, Yutaka Oono, Issay Narumi
    • Journal Title

      QST Takasaki Annual Report 2022

      Volume: QST-M-47 Pages: 82-82

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Lethal and mutagenic effects of different LET radiations on Bacillus subtilis spores2023

    • Author(s)
      Satoh Katsuya、Hoshino Wataru、Hase Yoshihiro、Kitamura Satoshi、Hayashi Hidenori、Furuta Masakazu、Oono Yutaka
    • Journal Title

      Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis

      Volume: 827 Pages: 111835-111835

    • DOI

      10.1016/j.mrfmmm.2023.111835

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Genome analysis of the low cesium-accumulating mutants of Rhodococcus qingshengii CS98 generated by ion beam breeding2023

    • Author(s)
      Katsuya Satoh, Shogo Ozawa, Hidenori Hayashi, Yutaka Oono
    • Journal Title

      QST Takasaki Annual Report 2021

      Volume: QST-M-39 Pages: 82-82

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Gamma-ray resistance of the thermophilic Rubrobacter species2023

    • Author(s)
      Kousuke Katsumata, Katsuya Satoh, Yutaka Oono, Kentaro Miyazaki, Issay Narumi
    • Journal Title

      QST Takasaki Annual Report 2021

      Volume: QST-M-39 Pages: 85-85

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      2022 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Effects of carbon ion beam-induced mutagenesis for the screening of RED production-deficient mutants of Streptomyces coelicolor JCM40202022

    • Author(s)
      Masaomi Yanagisawa, Shumpei Asamizu, Katsuya Satoh, Yutaka Oono, Hiroyasu Onaka.
    • Journal Title

      PLOS One

      Volume: 17 Issue: 7 Pages: e0270379-e0270379

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0270379

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  • [Journal Article] Complete Genome Sequence of the Radioresistant Bacterium Deinococcus aetherius ST0316, Isolated from Air Dust Collected in the Lower Stratosphere above Japan2022

    • Author(s)
      Katsuya Satoh, Kakeru Hagiwara, Kosuke Katsumata, Aya Kubo, Shin-Ichi Yokobori, Akihiko Yamagishi, Yutaka Oono, Issay Narumi
    • Journal Title

      Microbiology Resource Announcements

      Volume: 11 Issue: 10

    • DOI

      10.1128/mra.00836-22

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  • [Journal Article] Development of a simple multiple mutation detection system using seed-coat flavonoid pigments in irradiated Arabidopsis M1 plants2022

    • Author(s)
      Satoshi Kitamura, Shoya Hirata, Katsuya Satoh, Rie Inamura, Issay Narumi, Yutaka Oono
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: 22467-22467

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mutation analysis of the DNA damage response regulator protein PprI in the radioresistant bacterium Deinococcus radiodurans2022

    • Author(s)
      Katsuya Satoh, Toshihiko Sanzen, Yutaka Oono, Issay Narumi
    • Journal Title

      QST Takasaki Annual Report 2020

      Volume: QST-M-33 Pages: 85-85

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  • [Journal Article] Resistance to gamma- and ultraviolet-rays of Rubrobacter sp. AA3-222022

    • Author(s)
      Kouki Izumi, Katsuya Satoh, Yutaka Oono, Kentaro Miyazaki, Issay Narumi
    • Journal Title

      QST Takasaki Annual Report 2020

      Volume: QST-M-33 Pages: 86-86

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  • [Journal Article] Proton-Cluster-Beam Lethality and Mutagenicity in Bacillus subtilis Spores2021

    • Author(s)
      Yoshihiro Hase, Katsuya Satoh, Atsuya Chiba, Yoshimi Hirano, Kengo Moribayashi, and Kazumasa Narumi
    • Journal Title

      Quantum Beam Science

      Volume: 5 Issue: 3 Pages: 25-25

    • DOI

      10.3390/qubs5030025

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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 放射線抵抗性細菌Deinococcus radioduransのDNA損傷応答タンパク質PprIの活性化機構2023

    • Author(s)
      佐藤勝也, 鳴海一成
    • Organizer
      極限環境生物学会2023年度(第24回)年会
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  • [Presentation] 放射線抵抗性細菌Deinococcus radioduransのPprI依存的DNA損傷応答機構の解析2023

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      佐藤勝也, 鳴海一成, 大野豊
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      QST高崎サイエンスフェスタ2023
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  • [Presentation] 射線抵抗性細菌Deinococcus radioduransのDNA損傷応答機構におけるMn輸送関連遺伝子欠損の影響2022

    • Author(s)
      佐藤 勝也, 鳴海 一成, 大野 豊
    • Organizer
      極限環境生物学会2022年度(第23回)年会
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  • [Presentation] イオンビーム微生物育種により作出した低セシウム蓄積放線菌のゲノム解析2022

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      佐藤 勝也, 小澤 昌悟, 林 秀謙, 大野 豊
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      佐藤勝也, 小澤昌悟, 林 秀謙, 鳴海一成, 大野豊
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      勝又 康介, 泉 洸輝, 佐藤 勝也, 大野 豊, 宮崎 健太郎, 鳴海 一成
    • Organizer
      QST高崎サイエンスフェスタ2021
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      https://www.qst.go.jp/site/ion-beam-mutagenesis/

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      https://www.qst.go.jp/site/ion-beam-mutagenesis/

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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