2016 Fiscal Year Research-status Report

バクテリア縮小ゲノムシステムを利用した増殖、生存機構の解明

Research Project

Project/Area Number	15K06922
Research Institution	Tokyo Metropolitan University
Principal Investigator	加藤潤一首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (10194820)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords	ゲノム縮小株 / 染色体広域欠失変異 / 酸化ストレス耐性 / 合成致死 / Toxin-Antitoxin system / リン酸飢餓 / 定常期 / 生存機構
Outline of Annual Research Achievements	生物の増殖および生命システムを維持するための基本的なメカニズムの解明を目指して、以下の様な研究を行った。＜１＞潜在的な必須遺伝子群の同定、解析（１）：リン酸飢餓により発現が誘導されるPhoBレギュロンの中で、酸化ストレスによって発現が著しく誘導される遺伝子ytfKに注目し、その破壊株を作製して調べたところ、ytfKは過酸化水素の除去に関与することがわかった。また遺伝学的解析により、酸化ストレス耐性に関与する転写因子をコードするoxyRおよびfurとの関連について調べたところ、カタラーゼをコードするkatGとの機能的な関連を示唆する結果が得られ、ytfKはkatGの転写調節に関与する因子であることが示唆された。＜２＞潜在的な必須遺伝子群の同定、解析（２）：染色体広域欠失変異、ゲノム縮小株を利用して新規合成致死遺伝子群の解析を行なったところ、新規yciE, yciF遺伝子が候補遺伝子として同定された。これらはrubrerythrin / ferritin-like metal-binding proteinをコードする遺伝子であり、これらの遺伝子の欠失変異と酸化ストレス耐性関連遺伝子群の欠失変異とを組み合わせた株を作製して調べたところ、定常期での生存率が低下することがわかった。＜３＞試験管内進化系を利用した基盤プロセスの解析：ゲノム縮小株を継代培養することにより生育が部分的に回復した株を得て、その解析から機能未知のToxin-Antitoxin systemであるibs-sib システムを同定した。このibs-sib システムの機能を調べるために、種々の変異株を作製した。これらの菌株を用いて種々の培養条件での生育への影響について調べたところ、アルカリ条件で培養した時にibsD, ibsEの欠損株では生存率が低下することが示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ＜１＞潜在的な必須遺伝子群の同定、解析（１）：ゲノム縮小株、染色体広域欠失変異を利用して、微好気条件での生存機構として、広い意味での酸化ストレス耐性機構、リン酸飢餓の時に働く酸化ストレス耐性機構の一つを同定できたことは重要な進展である。ただ、まだ新規遺伝子を含めて多くの酸化ストレス耐性機構に関与する遺伝子群の同定、解析が十分ではない。さらにもっと広くゲノム縮小株、染色体広域欠失変異を利用して潜在的な必須遺伝子群の同定し、それぞれの解析を進めるのは今後の課題である。＜２＞潜在的な必須遺伝子群の同定、解析（２）：染色体広域欠失変異、ゲノム縮小株を利用して新規合成致死遺伝子群の解析から、酸化ストレス耐性機構に関与する新規遺伝子群が同定できたことは重要な進展である。しかし生化学的機能の解析がこれからの課題である。＜３＞試験管内進化系を利用した基盤プロセスの解析：ゲノム縮小株の継代培養から同定されたToxin-Antitoxin systemであるibs-sib システムが、アルカリ条件で培養した時生育、生存に関与することを示唆する結果が得られたことは重要な進展である。しかし生化学的機能の解析がこれからの課題である。
Strategy for Future Research Activity	＜１＞潜在的な必須遺伝子群の同定、解析：ゲノム縮小株により合成致死を同定し、それを利用して多くの潜在的な必須遺伝子群を同定し、それ自身の解析を進めると同時に、関連する遺伝子群、ネットワークを解明するシステムをこれまでに構築してきた。今後はこのシステムを利用することにより、同定された新規酸化ストレス耐性遺伝子の関連遺伝子群を探索し、機能およびネットワークを明らかにする。また他の酸化ストレス耐性機構に関与する遺伝子群の同定もさらに進め、それらの解析を行うことにより広い意味での酸化ストレス耐性機構の全貌を明らかにする。また新規合成致死遺伝子群の解析からプロテアーゼ関連遺伝子群が同定されたので、関連する遺伝子群の探索を進める。さらにこれら以外にも潜在的な必須遺伝子群の同定、解析を広く行い、さらに同定された遺伝子群の関連遺伝子群へと発展させ、それぞれの解析を進める。＜２＞試験管内進化系を利用した基盤プロセスの解析：ゲノム縮小株の継代培養から同定されたToxin-Antitoxin systemであるibs-sib システムについて、生理的な機能について明らかにするとともに、生化学的機能の解析を進める。
Causes of Carryover	2016年度は学内の資金により本研究の一部を進めることができたため、科研費からの支出を抑えることができて、2017年度の研究のために回すことができた。
Expenditure Plan for Carryover Budget	消耗品費の不足が見込まれるので、主にそちらに使用したい。また研究成果を発表するための投稿費などにも使用する予定である。