Study on the structures and functions of the tandemly located ABC transporters in an operon from Actinomycetes

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05398
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture
• Principal Investigator: 矢嶋 俊介 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (90301548)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: X線結晶構造解析 / 非天然化合物 / 放線菌 / 転写因子 / amidase

Outline of Annual Research Achievements

申請者はMicrobacterium hydrocarbonoxydans由来のヒドラジド分解を担うオペロン中に、ジペプチドトランスポーターとアノテーションされる蛋白質と、新たな構造を有する可能性をもつABCトランスポーターの2種類の遺伝子が並んでいることを見いだした。ABCトランスポーターは、細菌からヒトに至るまで全ての生物に存在する一方で輸送基質に対する特異性が存在する。当該タンパク質が非天然化合物のヒドラジドを輸送できると考えられることから、本研究では、立体構造、機能解析を中心に、この新規オペロンにコードされる蛋白質の生理機能上の意義を目的として研究を進めてきた。
昨年度は、膜貫通サブユニットとATPaseサブユニットが融合したトランスポーターの輸送活性測定系の構築を試みたが、活性検出には至らなかった。タンパク質の発現量が少なく、精製条件が適切ではないことが考えられたため、今年度は改めて発現系構築を試みることとした。また、当該トランスポーターは放線菌門に広く存在することがゲノム配列比較から示唆されていることを踏まえ、Streptomyces antibioticusおよび、S. coelicolorによる発現系構築を試みた。アミノ酸配列をもとに作成した抗ペプチド抗体による発現確認では、想定される分子量よりも小さいタンパク質が検出され、これに対する改善を各種試みたが成功に至っていない。
３年間の本研究課題の遂行により、トランスポーターの基質結合サブユニットのＸ線結晶構造解析に成功し、天然基質がパラベンである可能性を示唆した。パラベントランスポーターは初めての報告となる。また、オペロン遺伝子発現に関わるIclRファミリー転写因子の構造解析にも成功し、基質結合の有無による立体構造変化を同ファミリー転写因子で初めて明らかにし、転写制御機構の解明につながる情報を得た。