Structure and function relationships of NasS-NasT, a novel two-component system in root nodule bacteria

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26850042
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 日高 將文 東北大学, 農学研究科, 助教 (00584848)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: タンパク質工学 / バイオセンサー / 結晶構造解析

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、根粒菌の脱窒関連遺伝子発現制御に関わるNasS、NasTタンパク質について、（１）X線結晶構造解析によって立体構造を決定し、分子レベルにおける遺伝子発現制御メカニズムの基盤を獲得することと、（２）NasS、NasTを応用する手法を開発すること、を目的としている。NasSとNasTは、硝酸塩非存在下で複合体を形成している。硝酸塩存在下では、硝酸塩がNasSと結合することでNasS-NasTは解離し、遊離したNasTがmRNAと結合することで翻訳が促進される。
本研究は、平成26～H27年度の研究期間として開始されたが、結晶構造解析に供するタンパク質結晶の獲得に時間を要したため、平成28年度まで実施期間を延長して実施した。
平成28年度は、前年度までに結晶を獲得したNasSの構造解析を進める一方、NasTについても引き続き結晶獲得を目指した研究を行った。しかし、X線回折実験に供することができる結晶を獲得することができなかった。
一方、NasS-NasTの応用開発においては、細胞内硝酸塩センサー・sNOOOpy（sensor for NO3/NO2 in physiology）を開発し、発表した。このセンサーによって、NasS、NasTの性状解析が容易になったため、NasS、NasTの変異体についても機能評価が可能となった。そこで、NasS、NasTそれぞれ単独の結晶化と並行して、NasSとNasTをリンカーペプチドで繋いだ一分子化を試み、硝酸塩感知の機能を保持した一分子NasS-NasTの創出を試みた。一分子化したタンパク質は、結晶化が容易になることも期待される。NasS-NasTの配列でデザインした一分子化NasS-NasTは、硝酸塩感知の機能を示さず、今後はNasT-NasSの配列への転換や、リンカー配列の検討が必要である。