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硫化水素によるシグナル伝達

計画研究

研究領域新興硫黄生物学が拓く生命原理変革
研究課題/領域番号 21H05271
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関東京科学大学

研究代表者

増田 真二  東京科学大学, 生命理工学院, 教授 (30373369)

研究分担者 清水 隆之  奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (90817214)
研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
81,120千円 (直接経費: 62,400千円、間接経費: 18,720千円)
2025年度: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)
2024年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
2023年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
2022年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
2021年度: 20,410千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 4,710千円)
キーワード硫化水素 / 細菌 / 活性硫黄 / 超硫黄 / 光合成細菌 / 土壌細菌 / 転写制御 / 活性硫黄分子種 / 大腸菌 / 転写因子
研究開始時の研究の概要

細胞内における硫化水素の認識とシグナル伝達のメカニズム、またその生理的重要性の解明を目的に、細菌の硫化水素応答時のセンサータンパク質の修飾状態と遺伝子発現変化の精査、また硫化水素を基質とした超硫黄分子の合成と代謝過程を調べ、硫化水素のシグナル伝達に超硫黄分子が果たす役割を明らかにする。大腸菌や光合成細菌の硫化水素応答性転写因子の欠失変異株を作出し、その表現型を精査することで、硫化水素に応答した転写調節の生理的重要性を明らかにする。得られた知見を基に、新たな抗生物質のターゲットや腫瘍の診断への応用、さらには海洋エネルギー資源の開発にむけた、硫化水素・超硫黄分子利用の可能性を検討する。

研究実績の概要

本研究ではいくつかの細菌種を用いて硫化水素応答時のセンサータンパク質の修飾状態と遺伝子発現変化を精査し、細胞内における硫化水素の認識とシグナル伝達のメカニズム、またその生理的重要性を解明することを目指している。2023年度は以下の項目の研究を進めた。

1)大腸菌のYgaVの生化学的解析: 昨年度までに大腸菌のSqrRホモログ(YgaV)は高濃度の硫化水素イオンにより同様の修飾を直接形成しうることがわかった。この反応性の違いが何に起因するのかを、SqrRとの比較生化学的解析により明らかにすることを試みた。その結果、両者共に高濃度の硫化ナトリウム添加により分子内の架橋がかかることがわかった。この結果から、YgaVとSqrRは細胞内においては硫化水素ではなく活性硫黄分子種により主に修飾を受けると考えられた。
2)タマネギ感染菌における活性硫黄分子種の役割:タマネギは抗菌物質として作用するさまざまな硫黄化合物をつくり、タマネギに感染する細菌はこれら硫黄化合物に応答するシステムを有していると考えられる。そこで活性硫黄分子依存のシグナル伝達に関する研究成果の応用的展開を見据え、タマネギ感染菌 Burkholderiaにおけるタマネギ感染時にはたらく転写因子の同定を進めた。タマネギ抽出液をこの菌の培養液を添加し、その際に発現が上昇する遺伝子をRNA-seq解析により網羅的に調べたところ、特徴的に発現が上昇する遺伝子クラスターを同定した。この遺伝子クラスター内に存在する転写因子を同定し、その変異体を調べたところ、タマネギ抽出液を添加した際のこのクラスターの遺伝子発現が変化しなかった。つまりこの転写因子がタマネギ由来の何らかの分子を認識し、必要な遺伝子の発現を調節していることが強く示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初予定していた実験が遂行できたため

今後の研究の推進方策

これまでの成果を踏まえ、2023年度は以下の項目の研究を進める予定。
1)大腸菌のYgaVの生理学的解析: 紅色光合成細菌の硫化水素依存型転写因子SqrRは活性硫黄分子種依存的に分子内テトラスフィド結合を形成することがわかっ ている。一方、 このYgaVの転写制御の生理的役割はよくわかっていない。そこで大腸菌の硫化水素合成酵素(MstA)の過剰発現体を作成し、そのRNA seq解析を行なう。得られた結果から硫化水素過剰合成で発現が変化した遺伝子を同定し、それらの遺伝子発現が上昇する大腸菌内の硫化水素濃度が上昇する条件下において、YgaV依存的に発現上昇する遺伝子かどうかをRNA解析により調べる。
2)紅色細菌の活性硫黄分子代謝とシグナリングの関係性: 紅色細菌内の活性硫黄分子種の組成変化を基にその代謝過程を予想したところ、SQRによる硫化水素酸化後の活性硫黄分子種の代謝過程が2022年度までに予想された。そこでこの代謝に関わると予想されたいくつかの代謝酵素の変異体を作出し、活性硫黄分子種の代謝とそのシグナリングの関係性を調べたところ、いくつかの変異体において硫化水素が酸化された後に蓄積する元素状硫黄が細胞外ではなく細胞内に蓄積するものがあることがわかった。この結果は、変異を加えた遺伝子が元素状硫黄を細胞外へ排出するトランスポータをコードしている可能性が高いことを示している。2024年度はこの遺伝子の解析を進める。
3)Burkholderiaより単離したタマネギ抽出液応答性の転写因子の機能解析を進める。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Indiana University(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Translation Enhancement by a Short Nucleotide Insertion at 5′UTR: Application to an In Vitro Cell-Free System and a Photosynthetic Bacterium2023

    • 著者名/発表者名
      Kondo Tomo、Shimizu Takayuki
    • 雑誌名

      Applied Microbiology

      巻: 3 号: 3 ページ: 687-697

    • DOI

      10.3390/applmicrobiol3030047

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Polysulfide metabolizing enzymes influence SqrR-mediated sulfide-induced transcription by impacting intracellular polysulfide dynamics2023

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Takayuki、Ida Tomoaki、Antelo Giuliano T、Ihara Yuta、Fakhoury Joseph N、Masuda Shinji、Giedroc David P、Akaike Takaaki、Capdevila Daiana A、Masuda Tatsuru
    • 雑誌名

      PNAS Nexus

      巻: 2 号: 3 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1093/pnasnexus/pgad048

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Thioredoxin-2 Regulates SqrR-Mediated Polysulfide-Responsive Transcription via Reduction of a Polysulfide Link in SqrR2023

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Takayuki、Hashimoto Masaru、Masuda Tatsuru
    • 雑誌名

      Antioxidants

      巻: 12 号: 3 ページ: 699-699

    • DOI

      10.3390/antiox12030699

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Sulfide-Responsive SqrR/BigR Homologous Regulator YgaV of Escherichia coli Controls Expression of Anaerobic Respiratory Genes and Antibiotic Tolerance2022

    • 著者名/発表者名
      Balasubramanian Rajalakshmi、Hori Koichi、Shimizu Takayuki、Kasamatsu Shingo、Okamura Kae、Tanaka Kan、Ihara Hideshi、Masuda Shinji
    • 雑誌名

      Antioxidants

      巻: 11 号: 12 ページ: 2359-2359

    • DOI

      10.3390/antiox11122359

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Persulfide-Responsive Transcription Factor SqrR Regulates Gene Transfer and Biofilm Formation via the Metabolic Modulation of Cyclic di-GMP in Rhodobacter capsulatus2022

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Takayuki、Aritoshi Toma、Beatty J. Thomas、Masuda Tatsuru
    • 雑誌名

      Microorganisms

      巻: 10 号: 5 ページ: 908-908

    • DOI

      10.3390/microorganisms10050908

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Repressor Activity of SqrR, a Master Regulator of Persulfide-Responsive Genes, Is Regulated by Heme Coordination2021

    • 著者名/発表者名
      Shimizu T, Hayashi Y, Arai M, McGlynn SE, Masuda T, Masuda S
    • 雑誌名

      Plant Cell Physiol

      巻: 62 号: 1 ページ: 100-110

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa144

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 大腸菌の硫化水素応答性転写因子YgaVは内在性硫化水素合成に依存して鉄の取り込みを制御する2024

    • 著者名/発表者名
      野々山翔太、前野慎太郎、林哲也、増田真二
    • 学会等名
      日本農芸化学会2024年度大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 硫化水素がシロイヌナズナの葉緑体形成における光合成器官の制御に与える影響2024

    • 著者名/発表者名
      清水隆之, オスマンズリナ, 増田建
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 紅色光合成細菌をモデルとした 超硫黄分子シグナル制御システムの解析2024

    • 著者名/発表者名
      清水隆之
    • 学会等名
      第3回原核光合成生物シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナの葉緑体形成における硫化水素による光合成器官の制御2023

    • 著者名/発表者名
      清水隆之, オスマンズリナ, 増田建
    • 学会等名
      第87回日本植物学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 紅色光合成細菌の硫化水素応答における超硫黄分子の代謝動態2023

    • 著者名/発表者名
      清水隆之, 井田智章, Giuliano T. Antelo, 井原雄太, 増田真二, David, P. Giedroc, 赤池孝章, Daiana A. Capdevila, 増田建
    • 学会等名
      第13回日本光合成学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 硫黄化合物を介したタマネギ-Burkholderia属細菌間の相互作用のメカニズム2023

    • 著者名/発表者名
      野々山翔太、増田真二
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 硫化水素依存的光合成の転写制御に関わるポリスルフィド代謝の解析2023

    • 著者名/発表者名
      清水隆之、井田智章、Giuliano T. Antelo、井原雄太、増田真二、David P. Giedroc、赤池孝章、Daiana A. Capdevila、増田建
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement of accumulation of photosynthetic pigments and proteins during chloroplast biogenesis by sulfide in Arabidopsis thaliana2023

    • 著者名/発表者名
      Zurina Osuman, Takayuki Shimizu, Tatsuru Masuda
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Light mediates transcription start sites of heme oxygenase 1 for a cytoplasmic heme decomposition bypass in Arabidopsis2023

    • 著者名/発表者名
      Yingxi Chen, Kohji Nishimura, Yoshiharu Yamamoto, Yoshito Oka, Tomonao Matsushita, Takayuki Shimizu, Tatsuru Masuda
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 植物の器官発生におけるシトクロムb5様ヘム結合タンパク質RLFの機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      岩田健太郎、後藤千恵子、福村日向丸、清水隆之、丸山海成、古谷朋之、近藤侑貴、笠原博幸、増田建、石崎公庸、深城英弘
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 地上部ヘムシグナルはpre-mRNAスプライシング制御を介して側根形態を制御する2023

    • 著者名/発表者名
      高柳なつ、荒江星拓、高橋洋和、清水隆之、堀口吾朗、相田光宏、深城英弘、増田建、大谷美沙都
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Mechanism of sulfide/supersulfide sensing in bacteria2022

    • 著者名/発表者名
      Shinji Masuda
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of ionization-coupled cleavage of oxidized polysulfide structure (iCOPS): a novel detection method for oxidized polysulfide modifications on proteins2022

    • 著者名/発表者名
      Kae Okamura, Takayuki Shimizu, Shingo Kasamatsu, Shinji Masuda, and Hideshi Ihara
    • 学会等名
      4th International Conference on Persulfide and Sulfur Metabolism in Biology and Medicine
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] YgaV, a sulfide-responsive transcription factor SqrR/BigR homolog of Escherichia coli, controls expression of anaerobic respiratory genes and antibiotic tolerance2022

    • 著者名/発表者名
      Rajalakshmi Balasubramanian and Shinji Masuda
    • 学会等名
      4th International Conference on Persulfide and Sulfur Metabolism in Biology and Medicine
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reactive sulfur species (RSS) metabolizing enzymes influence RSS sensing by impacting intracellular persulfide dynamics in bacteria2022

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Shimizu
    • 学会等名
      4th International Conference on Persulfide and Sulfur Metabolism in Biology and Medicine
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 紅色細菌をモデルとした超硫黄分子によるシグナル伝達機構の分子基盤2022

    • 著者名/発表者名
      清水隆之
    • 学会等名
      第95回日本生化学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シロイヌナズナABCトランスポーターABCG23の機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      増田建、宮地孝明、西村浩二、清水隆之
    • 学会等名
      第86回日本植物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Sulfide on phytochrome-dependent photomorphogenesis in Arabidopsis thaliana2022

    • 著者名/発表者名
      Zurina Osuman, Takayuki Shimizu, Tatsuru Masuda
    • 学会等名
      第86回日本植物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Phytochromes mediated transcription start sites of heme oxygenase 1 in Arabidopsis thaliana2022

    • 著者名/発表者名
      Yingxi Chen, Kohji Nishimura, Yoshiharu Yamamoto, Takayuki Shimizu, Tatsuru Masuda
    • 学会等名
      第86回日本植物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ヘムシグナルによる側根形成制御にはpre-mRNAスプライシング制御が介在する2022

    • 著者名/発表者名
      高柳なつ、荒江星拓、高橋洋和、清水隆之、堀口吾朗、相田光宏、深城英弘、増田建、大谷美沙都
    • 学会等名
      第86回日本植物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 紅色光合成細菌における硫化水素応答性転写因子SqrRによるファージ様粒子GTAを介した遺伝子伝播の制御機構2022

    • 著者名/発表者名
      清水隆之、有年統真、J. Thomas Batty、増田建
    • 学会等名
      第12回日本光合成学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌の硫化水素応答性転写因子YgaVは嫌気呼吸関連遺伝子群の発現制御を介して抗生物質耐性を向上させる2022

    • 著者名/発表者名
      Rajalakshmi Balasubramanian and Shinji Masuda
    • 学会等名
      第95回日本細菌学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シロイヌナズナの葉緑体局在サルファトランスフェラーゼAtSTR14の機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      Suheng Chen and Shinji Masuda
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 紅色光合成細菌におけるファージ様粒子GTAを介した遺伝子水平伝播の酸化ストレス応答性制御機構2022

    • 著者名/発表者名
      有年統真、清水隆之、増田建
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Light regulated transcription start sites of heme oxygenase 1 in Arabidopsis thaliana2022

    • 著者名/発表者名
      Yingxi Chen, Kohji Nishimura, Yoshiharu Yamamoto, Takayuki Shimizu, Tatsuru Masuda
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 紅色細菌における硫化水素・活性イオウ分子種の応答機構2021

    • 著者名/発表者名
      清水隆之
    • 学会等名
      第94回日本生化学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 硫化水素による生理活性調節シグナル伝達機構の解明2021

    • 著者名/発表者名
      清水隆之、増田真二、増田建
    • 学会等名
      第85回日本植物学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] プラスチドシグナル依存的な側根形成制御におけるpre-mRNAスプライシングの役割2021

    • 著者名/発表者名
      高柳なつ、荒江星拓、高橋洋和、清水隆之、堀口吾朗、相田光宏、深城英弘、増田建、大谷美沙都
    • 学会等名
      第85回日本植物学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 硫化水素応答性転写因子SqrRによる酸化ストレスに応答した細菌性ファージ様粒子GTAの制御機構2021

    • 著者名/発表者名
      有年統真、清水隆之、増田建
    • 学会等名
      第11回日本光合成学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 硫化水素が細菌の抗生物質耐性を高める仕組みを解明

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2022/065541

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 生物は硫化水素を有効利用して生きている

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2023/065803

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2021-10-22   更新日: 2025-06-20  

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