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2016 Fiscal Year Research-status Report

Analysis of selenium metabolism utilizing high concentration selenium-resistant bacteria

Research Project

Project/Area Number 16K18691
Research InstitutionRitsumeikan University

Principal Investigator

戸部 隆太  立命館大学, 生命科学部, 助教 (00758823)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
KeywordsSelenium / Thioredoxin / Bacteria / Selenoprotein / Reduction
Outline of Annual Research Achievements

セレン(Se)は、哺乳類をはじめとする多くの生物における必須微量元素である。生体内では主にセレンタンパク質の形で細菌・アーキア・真核生物の3生物ドメイン全てに存在し、抗酸化作用など重要な生理的役割を果たしている。一方で、Seの過剰摂取は生体毒性を示す。そのため、生体内には「必要なSeを安定かつ無毒な形でセレンタンパク質合成系に転移する系」と「過剰なSe化合物を速やかに還元(無毒化)し、細胞外に排出する系」が存在すると考えられた。本研究では、高濃度Se蓄積土壌より単離したPseudomonas sp. F2a株を対象とし、Seの代謝メカニズムの解析を進めた。F2a株のゲノムを解読し、Seの還元に関与することが考えられるチオレドキシン関連タンパク質を本菌は複数有することを明らかにした。また、各遺伝子をクローニングし、大腸菌を宿主とする異種発現系を構築し、各タンパク質を6×Hisタグ融合タンパク質として精製した。これら精製タンパク質を用いて、本タンパク質群が亜セレン酸の還元活性を有することを示し、反応課程で生成される中間体をMSにより分析することでその分子メカニズムを解析した。さらに、解読したF2a株のゲノムを大腸菌や枯草菌などSe化合物(セレン酸および亜セレン酸)の耐性能や還元能の比較的低い他菌種のゲノムと比較し、本菌の有する高いセレン化合物耐性能や還元能がどの遺伝子・タンパク質に起因するのかを解析し、いくつかの候補遺伝子(群)を見出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、高濃度Se蓄積土壌より新たに単離した高濃度Se耐性菌Pseudomonas sp. F2a株より抽出したゲノムを次世代シーケンサーにて解析し、全ゲノム配列を解読した。また、得られたゲノム情報を用いてF2a株の有する6種のチオレドキシンと3種のチオレドキシン還元酵素遺伝子をクローニングし、これらの精製タンパク質を得た。ただし、これらのうち、1種のチオレドキシンおよび1種のチオレドキシン還元酵素に関しては、可溶化タンパク質として得られておらず、現在、精製条件の検討中である。さらに、これらを用いて亜セレン酸の還元活性を測定し、還元の際に生じると考えられる中間体をMSにより解析した。これらは、前例のない初めての例であるため、本研究は概ね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後は、得られたゲノム情報を基に、F2a株におけるセレンタンパク質の探索、およびNative-PAGE、活性染色法およびMS解析を用いてSe化合物(セレン酸および亜セレン酸)還元酵素(群)を特定する。

  • Research Products

    (9 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] Thapar University(India)

    • Country Name
      India
    • Counterpart Institution
      Thapar University
  • [Presentation] Geobacter sulfurreducens が有するマルチヘム含有セレンタンパク質の精製と機能解析2017

    • Author(s)
      戸部隆太 神農美希 嶌本奈々 三原久明
    • Organizer
      日本農芸化学会2017年度大会
    • Place of Presentation
      京都女子大学(京都府、京都市)
    • Year and Date
      2017-03-18
  • [Presentation] Selenium delivery system for selenophosphate synthetase in bacteria2016

    • Author(s)
      Tobe, R. Shimizu, A. Hagita, S. Prakash, N. T. Mihara, H.
    • Organizer
      The 6th International Selenium Conference (2016)
    • Place of Presentation
      Guangzhou and Shenzhen (China)
    • Year and Date
      2016-10-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グラム陽性菌Clostridium sticklandii 由来D-セレノシスチンα,β-リアーゼに関する研究2016

    • Author(s)
      戸部隆太 中尾領太 片浦美沙 三原久明
    • Organizer
      日本農芸化学会関西支部第496回講演会
    • Place of Presentation
      滋賀県立大学(滋賀県、彦根市)
    • Year and Date
      2016-09-17
  • [Presentation] Purification and characterization of D-cysteine desulfhydrase from Gram-positive bacterium Clostridium sticklandii2016

    • Author(s)
      Tobe, R. Kataura, M. Nakao, R. Mihara, H.
    • Organizer
      The Fifth International Conference on Cofactors & Active Enzyme Molecule 2016
    • Place of Presentation
      宇奈月国際会館(富山県、黒部市)
    • Year and Date
      2016-09-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] セレンタンパク質生合成系におけるセレン供給体の解明2016

    • Author(s)
      戸部隆太 清水敦貴 波北悟 Prakash, N. Tejo 三原久明
    • Organizer
      第27回日本微量元素学会学術集会
    • Place of Presentation
      芝蘭会館(京都府、京都市)
    • Year and Date
      2016-07-31
  • [Presentation] セレン強化植物およびセレン耐性微生物に含まれるセレン種のスペシエーション分析2016

    • Author(s)
      戸部隆太 古賀裕紀 田島寛隆 Prakash, N. T. 三原久明
    • Organizer
      第33回日本微量栄養素学会学術集会
    • Place of Presentation
      京都リサーチパーク(京都府、京都市)
    • Year and Date
      2016-06-25
  • [Presentation] 細菌におけるセレノリン酸合成酵素への基質供給系の解析2016

    • Author(s)
      戸部隆太 波北悟 清水敦貴 三原久明
    • Organizer
      日本ビタミン学会第68回大会
    • Place of Presentation
      富山国際会議場(富山県、富山市)
    • Year and Date
      2016-06-18
  • [Presentation] Characterization and genome analysis of Cellulomonas sp. D3a, a selenium and tellurium oxyanions-reducing bacterium2016

    • Author(s)
      Tobe, R. Hirose, Y. Nada, I. Saito, S. Tajima, H. Prakash, N.T. Mihara, H.
    • Organizer
      The 13th International Conference on the Chemistry of Selenium and Tellurium
    • Place of Presentation
      長良川国際会議場 (岐阜県、岐阜市)
    • Year and Date
      2016-05-26
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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