放線菌の二次代謝、形態分化の開始を司る制御系の統括的解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13854005
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堀之内 末治 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (80143410)
• Keywords: 放線菌 / 二次代謝 / 形態分化 / A-ファクター / 自己調節因子 / セリン / スレオニンキナーゼ

Research Abstract

放線菌Streptomyces griseusの抗生物質生産、形態分化は、本菌自身が生産する自己調節因子A-ファクター、真核生物型タンパク質リン酸化、グルコース抑制など多くの制御系が複雑に絡み会って調節されている。これら制御系について以下のことを明らかにした。
(1)A-ファクター制御カスケード内の主要なステップに位置する転写活性化因子AdpAの標的遺伝子として取得されていたDNA断片のうち、亜鉛結合型金属プロテアーゼ(SgmA)および気中菌糸の隔壁形成に必須なSgmAを同定した。SgmAはN側にプレプロ構造、C側にもプロ構造を有しており、この遺伝子の破壊株は気中菌糸形成に遅延が見られるため、基底菌糸のアポトーシスに関与することが示唆された。SgmAについては、A-ファクター依存性転写、遺伝破壊などによりAdpAの真の標的の1つであることが確認された。
(2)A-ファクターレセプター(ArpA)は、同時に転写抑制因子でもあり、A-ファクターはDNAに結合して転写を抑制しているArpAをDNAから解離させ、下流の遺伝子群の発現をオンにする。ArpAの結晶化が難航したため、相同タンパク質CprBの結晶化および3次元構造を解明した。ヘリックス/ターン/ヘリックスのDNA結合ドメインとA-ファクター結合部位と考えられる疎水性ポケットが観察され、γ--ブチロラクトン型自己調節因子のレセプターの一般的性状が明らかになった
(3)セリン/スレオニンキナーゼであるAfsKによってリン酸化されたAfsRは、自身のDNA結合が昴進されて標的遺伝子afsSの転写を活性化する。AfsSは63アミノ酸からなり、12アミノ酸の3回の繰返し配列を有する特殊なタンパク質である。精製したAfsSおよび繰返し配列1回分に相当する合成ペプチドを外からS. coelicolor A3(2)に添加するとアクチノロージンやウンデシルプロディギオシンの生産が誘導された。したがって、細胞内で合成されたAfsSは一旦菌体外に放出され、プロセスされた後にシグナル分子として機能することが示唆された。

Research Products

• [Publications] Nobutaka Funa: "Properties and substrate specificity of RppA, a chalcone synthase-related polyketide synthase in Streptomyces griseus"J. Biol. Chem.. 277. 2628-2635 (2002)
• [Publications] Nobutaka Funa: "Alterations of reaction and substrate specificity of bacterial type III polyketide synthase by site-directed mutagenesis"Biochem. J.. 367. 781-789 (2002)
• [Publications] Sueharu Horinouchi: "A microbial hormone, A-factor, as a master switch for morphological differentiation and secondary metabolism in Streptomyces griseus"Front. Biosci.. 7. 2045-2057 (2002)
• [Publications] Jun-ya Kato: "Control by A-factor of a metalloendopeptidase gene involved in aerial mycelium formation in Streptomyces griseus"J. Bacteriol.. 184. 6016-6025 (2002)
• [Publications] Ping-Chin Lee: "afsS is a target of AfsR, a transcriptional factor with ATPase activity that globally controls secondary metabolism in Streptomyces coelicolor A3(2)"Mol. Microbiol.. 43. 1413-1430 (2002)
• [Publications] Yasuo Ohnishi: "Deprogrammed sporulation in Streptomyces"FEMS Microbiol. Lett.. 216. 1-7 (2003)
• [Publications] Jeong-Woo Seo: "ATP-binding cassette transport system involved in regulation of morphological differentiation in response to glucose in Streptomyces griseus"J. Bacteriol.. 184. 91-103 (2003)
• [Publications] Kenji Ueda: "AmfS, an extracellular peptidic morphogen in Streptomyces griseus"J. Bacteriol.. 184. 1488-1492 (2002)
• [Publications] Takashi Umeyama: "Protein serine/threonine kinases in signal transduction for secondary metabolism and morphogenesis in Streptomyces"Appl. Microbiol. Biotechnol.. 59. 419-425 (2002)
• [Publications] Keith F.Chater: "Signalling early developmental events in two highly diverged Streptomyces species"Mol. Microbiol.. (in press). (2003)
• [Publications] Eui Il Hwang: "Production of plant-specific flavanones by Escherichia coli containing an artificial gene cluster"Appl. Environ. Microbiol.. (in press). (2003)
• [Publications] Masafumi Kaneko: "Cinnamate : coenzyme A ligase from the filamentous bacterium Streptomyces coelicolor A3(2)"J. Bacteriol.. 185. 20-27 (2003)
• [Publications] Haruka Yamazaki: "Transcriptional switch on of ssgA by A-factor, which is essential for spore septum formation in Streptomyces griseus"J. Bacteriol.. 185. 1273-1283 (2003)
• [Publications] 大西康夫: "A-ファクターによる放線菌の二次代謝・形態分化の開始機構"化学と生物. 40. 185-190 (2002)
• [Publications] 堀之内末治: "原核と真核の境界微生物としての放線菌の形態分化"日本農芸化学会誌. 76. 937-939 (2002)