膜内切断プロテアーゼによる新奇ペプチド性基質の切断反応から迫る休眠細胞の覚醒機構

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21J15841
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 横山 達彦 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Keywords: 膜内切断プロテアーゼ / Small Membrane Protein / Persister / HokB / プロテオーム解析 / 鉄獲得系 / Anti-sigma factor / FecR

Outline of Annual Research Achievements

膜内切断プロテアーゼは、脂質二重層内部という疎水的な環境でタンパク質を加水分解する。我々は前年度までに、(1)大腸菌が持つ膜内切断プロテアーゼRsePが、複数のSmall Membrane Protein (SMP; 約50 a.a.以下の一回膜貫通タンパク質)を切断しうること、(2)それらSMPのうち、内在性ToxinであるHokBを切断することで、その毒性を中和することを明らかにした。本年度は、染色体由来のRsePが、生理的な環境でSMPを切断可能であることを示し、さらに、HokBの発現に伴う細胞形態の変化や細胞の生存性の低下とそれらに対するRseP発現の効果を調べることで、RsePがHokBの機能を抑制することをより強く実証した。以上の結果をまとめて論文を投稿し、現在リバイズ中である。また、HokBはその細胞毒性を利用して、細胞の休眠（パーシスター化）を促すことが報告されていることから、我々はRsePがHokBの切断を介して、細胞の休眠状態やそこからの覚醒を制御する可能性を考えている。この仮説を検証するため、それらを定量的に評価する系の構築を試みている。まだ安定して細胞の休眠状態を評価できる系は構築できていないが、今後この系を確立し、HokBの誘導する細胞休眠に対してRsePがどのように関与しているかを解析する計画である。
当初の研究計画に加え、我々は前年度までにRsePが切断する新たな基質としてFecRを見出した。FecRは、大腸菌の鉄獲得系の転写制御に関わる一回膜貫通タンパク質である。我々は、FecRが細胞内で多段階の切断を受けることも見出し、本年度はその制御メカニズムの解析も進めた。細胞内におけるFecRの動態を詳細に解析し、1段階目の切断で生じるFecRのC末端側断片が、以降のN末端側断片の連続的切断に重要な役割を果たしていること等を明らかにした。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Nanyang Technological University(シンガポール)
  • Country Name: SINGAPORE
  • Counterpart Institution: Nanyang Technological University
• [Journal Article] Mechanistic insights into intramembrane proteolysis by E. coli site-2 protease homolog RseP (2022)
  • Author(s): Imaizumi, Y, Takanuki, K, Miyake, T, Takemoto, M, Hirata, K, Hirose, M, Oi, R, Kobayashi, T, Miyoshi, K, Aruga, R, Yokoyama, T, Katagiri, S, Matsuura, H, Iwasaki, K, Kato, K, Kaneko, M. K, Kato, Y, Tajiri, M, Akashi, S, Nureki, N, Hizukuri, Y, Akiyama, Y, and Nogi, T.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Pages: abp9011
  • DOI: 10.1126/sciadv.abp9011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cryo-EM structure of the entire FtsH-HflKC AAA protease complex (2022)
  • Author(s): Qiao Zhu、Yokoyama Tatsuhiko、Yan Xin-Fu、Beh Ing Tsyr、Shi Jian、Basak Sandip、Akiyama Yoshinori、Gao Yong-Gui
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 39(9) Pages: 110890
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110890
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] グラム陰性細菌が環境の鉄を感知する分子機構 ~大腸菌鉄獲得系のシグナル伝達を担う一回膜貫通タンパク質FecRの膜挿入と連続的切断反応の解析~ (2022)
  • Author(s): 横山達彦、秋山芳展
  • Organizer: 第18回 21世紀大腸菌研究会