出芽酵母Haa1による酢酸ストレス応答機構の解明と酢酸耐性酵母育種技術への応用

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K00655
• Research Institution: Okayama Prefectural University
• Principal Investigator: 田中 晃一 岡山県立大学, 保健福祉学部, 教授 (90282615)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 酵母 / バイオエタノール / 酢酸 / ストレス / グリセロール

Outline of Annual Research Achievements

セルロース系バイオマスを原料とする第二世代バイオエタノールの生産では、酢酸を主とする発酵阻害物質が生産性を大きく下げるという問題がある。私は転写因子をコードするHAA1遺伝子を制御することで、酵母の酢酸耐性を飛躍的に向上させる技術を開発した。本研究は、Haa1により転写制御を受ける多数の標的遺伝子の中から、酢酸耐性に主導的な役割を担う遺伝子を絞り込み、その知見を基にしてより安定した酢酸耐性酵母の育種技術を開発することを目的とする。
昨年度までの研究により、Haa1がGPP2遺伝子（グリセロール3-リン酸フォスファターゼをコード）の発現誘導を介して細胞内にグリセロールを蓄積させることが、酵母の酢酸耐性化に極めて重要であることを見いだした。その一方で、Haa1依存的ではあるが、GPP2遺伝子を介さない別のグリセロール蓄積制御機構も存在することが示唆された。そこで、細胞内にグリセロールを蓄積するメカニズムとして、グリセロール合成の促進だけに囚われず、グリセロール分解や細胞外への排出の抑制の可能性についても検討することとした。すると、酢酸刺激を与えると、細胞膜タンパク質の一つであるFps1が、Haa1依存的に速やかに分解されることを見いだした。Fps1は細胞内から細胞外へグリセロールを通過させるチャネルであることが示唆されていることから、Haa1はFps1を積極的に分解することで、細胞内からのグリセロールの流出を抑制し、細胞内にグリセロールを貯め込むように働いているのではないかと考えている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題ではこれまでに、１）酢酸ストレスが加わると転写因子であるHaa1が活性化すること、２）Haa1の活性化により細胞内にグリセロールが蓄積すること、３）酵母の酢酸耐性には細胞内グリセロールの蓄積が不可欠であること、４）転写因子であるHaa1はグリセロール3-リン酸フォスファターゼをコードするGPP2遺伝子の転写活性化を介してグリセロール合成を促進すること、を明らかにしてきた。今年度はさらに、詳細な分子メカニズムはまだ不明であるが、５）細胞膜に局在するグリセロールチャネルのFps1が、Haa1の働きにより分解されることで、細胞内グリセロール濃度の上昇が引き起こされる、という新たな知見を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

これまでの結果より、酢酸ストレスにより活性化されたHaa1は、GPP2遺伝子の転写活性化とFps1タンパク質の分解という、それぞれ独立した別の経路に作用することが示された。つまり、Haa1はグリセロール生合成の活性化と、細胞外への流出阻害を協調的に制御することで、細胞内にグリセロールを蓄積させていると考えられる。今後は、転写因子であるHaa1が一体どのようにしてFps1タンパク質の分解を誘導するのか、その分子メカニズムについて明らかにすることを目指す。同時に、Fps1を標的とした新たな酢酸耐性化酵母の育種技術を確立することを試みる。また、グリセロールがどのようにして酢酸ストレスから細胞を守っているのか、そのメカニズムの解析も進める予定である。

Causes of Carryover

研究内容が想定とは異なる方向へ進んだため、実験条件の検討やデータ解析に予想以上の時間を費やした。本研究成果を論文としてまとめるためにもうしばらく時間が必要となったため、予算を次年度に回すこととした。