2020 Fiscal Year Research-status Report
シアノバクテリアにおける新規で必須の分子シャペロン系の解明
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18K05407
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
仲本 準 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (30192678)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子シャペロン / 熱ショックタンパク質 / DnaK（Hsp70） / J ドメインタンパク質 / シャペロニン / 光合成 / pH調節 / シアノバクテリア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、独立栄養的機能に必要とされる新規な分子シャペロン系を見つけ、その特徴を明らかにすることを目的とする。そのために、シアノバクテリア（Synechococcus elongatus）における分子シャペロン/コシャペロンのホモログやパラログの比較生化学的解析を行ってきた。当該年度の実績を大きく三つに分けて以下に述べる。①シアノバクテリアには3種類のDnaKホモログが存在するが、DnaK2は2種類のJDP（DnaJ1あるいはDnaJ2）をコシャペロンとして必須シャペロン系を形成することを既に明らかにした。DnaK2と同様に必須とされるDnaK3を介した変性タンパク質の折りたたみ反応の検出を試みてきたが不可能であった。当該年度は、DnaK3の不安定性が原因の一つではないかと考えて、DnaK1やDnaK2には無くてDnaK3のみが有するC末端疎水性アミノ酸配列を除去したDnaK3ΔCを発現するコンストラクトを作製した。さらに、DnaK1を発現するコンストラクトも作製し、これらのDnaKを大腸菌で大量発現し精製した。さまざまなJDPとGrpE存在下で、 DnaK1及びDnaK3ΔCがタンパク質の折りたたみを促進するかどうかを解析したが、両者とも促進しなかった。②大腸菌のDnaJは変性タンパク質の凝集を抑制することが知られているので、シアノバクテリアの5種類のJDPの凝集阻止活性を調べた。驚くべきことに、どのJDPも顕著な活性を示さなかった。③S. elongatusの2種類のGroEL、Hsp90（HtpG）及びDnaK2のシャペロン活性に及ぼすpHの影響を調べた。その結果、pH8.5における活性の方が、pH7.0や7.5よりも高かった。【現在までの進捗状況】で述べるように、これは分子シャペロン活性と光合成活性が同調して制御されることを示すもので、新規で重要な発見である。
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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
DnaK1とDnaK3は、大腸菌DnaK/DnaJ/GrpEあるいはシアノバクテリアDnaK2/DnaJ1・DnaJ2/GrpEシャペロン系とは異なり、JDP（Jドメインタンパク質）やGrpEと協調して、非天然構造タンパク質の折りたたみ反応を促進しなかった。さらに、5種類のJDPの変性タンパク質凝集阻止活性を調べたところ、（大腸菌DnaJとは異なり）どのJDPも顕著な活性を示さなかった。これらの結果は、シアノバクテリアのDnaKホモログやJDPの性質が、これまでに報告されているDnaK/Hsp70やDnaJ等とは異なることを示すものである。S. elongatus のゲノムに見出された10種類のJDPのうちでまだ未解析の5種類のJDPの中にDnaK1やDnaK3のコシャペロンが存在するのかもしれない。また、その中には凝集阻止活性を示すJDPが存在するかもしれない。当該年度にシャペロンの機能に及ぼすpHの影響を調べることで、新しい知見を得ることができた。S. elongatusのGroEL1、GroEL2、Hsp90、DnaK2のすべての主要分子シャペロンは、高pH（8.0～8.5）で高い変性タンパク質凝集阻止活性を示した。さらに、Hsp90とDnaK2のATPase活性と折りたたみ促進活性の両方が低pH（7.0～7.5）よりも高pHで、高い活性を示した。これらは、分子シャペロンの機能調節に関する新規な発見である。S. elongatusのサイトゾルのpHが、光合成電子伝達に伴い、pH7.3から8.4に変化すると報告されている。（葉緑体）光合成炭素固定活性の最適pHは、～8.1である。当該年度の研究成果は、分子シャペロン活性が光合成活性と同調して制御されること、さらに光合成タンパク質の安定性・機能維持に分子シャペロンが関与することを示す新規で重要な発見である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、シアノバクテリアのDnaKやJDP、ClpB等に関する研究成果で未だ未発表のものを纏めて、学会発表を行い、さらに学術論文を作成する予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの感染拡大のために、学生や教員の大学キャンパスへの入構規制や研究室での実験等規制が行われ、研究を遅滞なく遂行することが困難になった。さらに国内外の（対面）学術集会の中止などにより成果報告の機会が激減した。これらの理由で研究費支出が減った。そのために次年度使用額が生じた。
次年度は、これらの研究費を、主に、学術雑誌への論文投稿費用（英文校閲含む）や学会における成果発表等に用いる予定である。
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