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2022 Fiscal Year Research-status Report

Inhibitory mechanism of proline utilization by arginine in Saccharomyces cerevisiae

Research Project

Project/Area Number 21K05504
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

西村 明  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (30781728)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsプロリン資化 / アルギニン / 酵母 / Saccharomyces cerevisiae / トランスセプター
Outline of Annual Research Achievements

まず、Arg以外の塩基性アミノ酸がPro資化能に及ぼす影響を検討したところ、オルニチンやリジンもPut4のエンドサイトーシスを誘導することで、Pro資化抑制因子として働くことが分かった。次に、塩基性アミノ酸存在下でもプロリン資化が可能な変異株の分離を試み、4株を取得した。これら4株の全ゲノムDNA配列を決定したところ、全ての株でArgトランスポーターCan1をコードする遺伝子にアミノ酸置換を伴う変異(Gly434Cys, Leu161Pro, Gly224Cys, Ala379Ile)を見出した。また、これらのCan1変異体を解析した結果、Argトランスポーター活性は、Pro資化抑制の制御と無関係であることが明らかになった。このことから、Can1はArg取込み以外の機能を有することが示唆された。近年、トランスポーターの中で輸送活性以外に外部環境因子の受容体活性を持つタンパク質が報告されている。このような受容体様の機能を併せ持つトランスポーターは「トランスセプター」と呼ばれ、炭素源応答の主要制御系であるProtein kinase A(PKA)シグナルをcyclic AMP (cAMP)非依存的に活性化する。そこで、Can1もトランスセプターである可能性を考え、Arg添加時のPKAシグナルの活性化レベルを検討した。その結果、Arg添加によってCan1依存的にPKAシグナルが活性化することが判明した。また、その活性化はcAMP非依存的に起こることが示された。以上のことから、ArgはCan1依存的にPKAを活性化させ、Pro資化抑制の制御を行っていることが強く示唆された。さらに、Can1はPKAの触媒サブユニットと直接結合し、プロリン資化抑制を制御していることも判明した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

トランスセプターの関与は当初まったく想像しておらず、プロリン資化抑制において新たな概念を見出すことに成功した。一方で、トランスセプターの下流経路は全く判明しておらず、今後の解析が期待される。

Strategy for Future Research Activity

トランスセプターの下流にはPKA経路が存在するため、今後はPKAとプロリン資化の関連を解析していく。まずは、RNAseq解析を通して、アルギニン存在下でどのようなPKA下流シグナルが動くかを検討する。候補シグナルに関しては、遺伝子破壊などを行いプロリン資化制御への寄与を解析する。

Causes of Carryover

当初予定していた実験がスムーズに進み、消耗品費の使用を抑えることができた。余剰分はRNAseq解析の費用に転用し、研究計画を進めていく。

  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学デービス校(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      カリフォルニア大学デービス校
  • [Journal Article] Plasmid-free CRISPR/Cas9 genome editing in Saccharomyces cerevisiae2023

    • Author(s)
      Nishimura Akira、Tanahashi Ryoya、Oi Tomoki、Kan Kyoyuki、Takagi Hiroshi
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 87 Pages: 458~462

    • DOI

      10.1093/bbb/zbad008

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The arginine transporter Can1 acts as a transceptor for regulation of proline utilization in the yeast Saccharomyces cerevisiae2023

    • Author(s)
      Tanahashi Ryoya、Nishimura Akira、Morita Fumika、Nakazawa Hayate、Taniguchi Atsuki、Ichikawa Kazuki、Nakagami Kazuki、Boundy‐Mills Kyria、Takagi Hiroshi
    • Journal Title

      Yeast

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1002/yea.3836

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Improvement of valine and isobutanol production in sake yeast by Ala31Thr substitution in the regulatory subunit of acetohydroxy acid synthase2023

    • Author(s)
      Isogai Shota、Nishimura Akira、Murakami Naoyuki、Hotta Natsuki、Kotaka Atsushi、Toyokawa Yoichi、Ishida Hiroki、Takagi Hiroshi
    • Journal Title

      FEMS Yeast Research

      Volume: 23 Pages: -

    • DOI

      10.1093/femsyr/foad012

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Large-scale screening of yeast strains that can utilize proline2022

    • Author(s)
      Tanahashi Ryoya、Nishimura Akira、Nguyen Minh、Sitepu Irnayuli、Fox Glen、Boundy-Mills Kyria、Takagi Hiroshi
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 87 Pages: 358~362

    • DOI

      10.1093/bbb/zbac202

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Arginine inhibits Saccharomyces cerevisiae biofilm formation by inducing endocytosis of the arginine transporter Can12022

    • Author(s)
      Nishimura Akira、Nakagami Kazuki、Kan Kyoyuki、Morita Fumika、Takagi Hiroshi
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 86 Pages: 1300~1307

    • DOI

      10.1093/bbb/zbac094

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Cdc25/Ras/cAMP-dependent protein kinase A signaling pathway regulates proline utilization in wine yeast Saccharomyces cerevisiae under a wine fermentation model2022

    • Author(s)
      Nishimura Akira、Ichikawa Kazuki、Nakazawa Hayate、Tanahashi Ryoya、Morita Fumika、Sitepu Irnayuli、Boundy-Mills Kyria、Fox Glen、Takagi Hiroshi
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 86 Pages: 1318~1326

    • DOI

      10.1093/bbb/zbac100

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] プロリンを含まないワインやビールづくりへの挑戦 -野生酵母コレクションを活用したプロリン資化性酵母の探索-2023

    • Author(s)
      西村 明、棚橋 亮弥、高木 博史
    • Organizer
      農芸化学会2023年度大会
    • Invited
  • [Presentation] アルギニントランスセプターCan1を介したプロリン資化抑制機構2022

    • Author(s)
      西村 明、高木 博史
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
  • [Presentation] The arginine transporter Can1 regulates proline uptake as a transceptor in Saccharomyces cerevisiae2022

    • Author(s)
      西村 明、高木 博史
    • Organizer
      若手研究者ネットワーク開拓ワークショップ
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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