2018 Fiscal Year Annual Research Report
A comprehensive study on iodine-metabolizing bacteria: Exploring the origin of thyroid hormones
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17H03788
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
天知 誠吾 千葉大学, 大学院園芸学研究科, 教授 (80323393)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ヨウ素 / ヨウ素酸呼吸 / ヨウ素蓄積 / 細菌 / 甲状腺 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サブテーマ１「細菌におけるヨウ素の抗酸化作用とTH合成能」において、xylenol orangeを用いた簡便かつ感度の高い過酸化水素定量法を確立し、ヨウ素蓄積細菌Arenibacter sp. C-21がグルコース存在下で経時的に過酸化水素を生成することが確認された。しかしながら、本菌による過酸化水素の生成はヨウ素の存在下でも抑制されることはなかった。さらに、ヨウ素を蓄積した菌体を過酸化水素に曝露してもヨウ素の放出は観察されなかった。以上のことから、本菌によるヨウ素蓄積の生物学的機能が単純な抗酸化とは言えないことが示唆された。本菌に蓄積されたヨウ素の細胞局在性を検討したところ、細胞膜画分においてタンパク質と結合していることが明らかとなった。
サブテーマ２「ヨウ素栄養性iodotrophsの探索とその機能解析」において、ヨウ素酸呼吸細菌Pseudomonas sp. SCT株の細胞破砕液よりNative-PAGEにより異化的ヨウ素酸還元酵素を可視化することに成功し、そのLC-MS/MS解析より本酵素がIdrAとIdrBからなること、また２種類のcytochrome c551 peroxidase（Ccp1, Ccp2）と複合体を形成することが示唆された。転写解析により、ヨウ素酸呼吸条件でidrA, ccp1, ccp2の発現が特異的に上昇すること、また酸素親和性の高いシトクロム酸化酵素（cydA, ccoN1, ccoN2）の発現が上昇することもわかった。以上のことから、ヨウ素酸呼吸条件では活性酸素である過酸化水素が生成すること、またヨウ素酸のみならず、その還元反応により生じた分子状酸素も電子受容体として利用することが予想された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
サブテーマ１「細菌におけるヨウ素の抗酸化作用とTH合成能」において、昨年度からの課題であった過酸化水素の定量法を確立し、C-21株によるグルコース消費に伴う過酸化水素の発生を確認できた。しかしながら、当初予想していたようなヨウ素による過酸化水素低減効果（抗酸化効果）は確認されなかった。一方、ヨウ素の局在性を検討した結果、ほとんどのヨウ素は膜タンパクと結合することが示唆され、既存の報告とは大きく異なる結果となった。当初予想とは異なる展開ではあるものの、新規発見に繋がる結果と考えられるため、おおむね順調に進展していると評価した。
一方、サブテーマ２「ヨウ素栄養性iodotrophsの探索とその機能解析」において、Native-PAGEより切り出した活性バンドのLC-MS/MS解析より、期待されていたIdrABおよびCcp1, Ccp2の検出に成功した。さらに転写解析によりこれらタンパクの発現上昇のみならず、ヨウ素酸呼吸時に機能するシトクロム酸化酵素もほぼ同定された。これによりヨウ素酸呼吸のメカニズムがほぼ明らかにできたと考えられることから、順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
サブテーマ１「細菌におけるヨウ素の抗酸化作用とTH合成能」では、ヨウ素蓄積細菌Arenibacter sp. C-21株が蓄積するヨウ素が主に細胞膜の膜タンパクに局在することがわかったため、このタンパクの同定を目標として、可溶化処理と部分精製、SDS-PAGEによる分離を試みる。放射性ヨウ素I-125を用いたオートラジオグラフにより目的バンドを絞り込み、LC-MS/MS解析による目的タンパクの同定を行う。また、ヨウ素の取り込みに寄与すると予想されるバナジウム依存型ヨードペルオキシダーゼ（vIPO）の転写解析を行い、ゲノム上に３つ存在するパラログ遺伝子のいずれが発現しているか、ヨウ素による転写誘導はあるのか、など検討する。
サブテーマ２「ヨウ素栄養性細菌”iodotrophs”の探索とその機能解析」では、プロテオーム解析と転写解析により、ヨウ素酸呼吸細菌Pseudomonas sp. SCT株でヨウ素酸還元反応を触媒する新規酵素IdrAB、およびヨウ素酸呼吸において重要な働きを演ずると予想されるcytochrome c551 peroxidase（Ccp1, Ccp2）の同定に成功している。最終年度は、相同組み換え技術を用いてidrABやccp欠損株を作出し、これら遺伝子産物がヨウ素酸呼吸において必須であることを証明する。また、ヨウ素酸呼吸時に過酸化水素が発生することを証明する。最終的に新規な呼吸形態であるヨウ素酸呼吸のメカニズムの全貌解明に繋げる。
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