Dynamics of proteostasis function during thermo-tolerant evolution of E. coli

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H03302
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: Kishimoto Toshihiko 東邦大学, 理学部, 教授 (90339200)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河野 暢明 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科(藤沢), 准教授 (90647356) ; 古倉 健嗣 東邦大学, 理学部, 准教授 (30344039)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: プロテオスタシス / 高温適応進化 / 大腸菌 / シャペロニン

Outline of Final Research Achievements

In this study, we focused on mutations in rpoH, which encodes groL in the chaperone network and σ32, a central factor in the heat shock transcriptional regulatory network, to elucidate its function in the proteostasis network of high temperature-adapted evolved E. coli. Genome analysis of the evolved strains adapted to high temperatures showed a high mutation rate in the proteostasis system, suggesting that mutations in chaperonin GroE are particularly important. rpoH mutation A264V was beneficial in the high temperature adapted strains and increased the expression of proteostasis system genes. We established a method for purification of GroE complexes containing substrate proteins that are important for comprehensive analysis of changes in target proteins caused by mutations in chaperonin GroE.

Free Research Field

分子細胞進化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果により、プロテオスタシス系の必須遺伝子は、進化において全て変異し、最大で遺伝子あたり４カ所の変異が確認されたことなどから、致死ストレス適応進化におけるプロテオスタシス系の重要性が示された。このことは、プロテオスタシス系が、生命の持つ頑健性と柔らかさの根源となるロバストネスに大きく関与していることを示している。プロテオスタシスの持つ変化の許容力は、進化ばかりでなく癌化などの現象にも大きく関与することが想定され、研究成果はこれらの方面にも役立つ可能性がある。