形態形成シグナル伝達経路への異常シグナル流入が生じるkexin破壊株の解析

• 研究課題/領域番号: 16580051
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山形 洋平 東北大学, 大学院・農学研究科, 助手 (40230338)
• 研究分担者: 中島 佑 東北大学, 大学院・農学研究科, 教授 (20091720)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2005年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 2004年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: ケクシン / 麹菌 / グルカン / 細胞壁 / kexB / kexin / プロセッシングプロテアーゼ / α-グルカン / キチン / 細胞壁合成 / cell integrity経路 / mpkA / キチン合成 / グルカン合成

研究概要

麹菌プロセッシングプロテアーゼであるkexinをコードする遺伝子kexBの破壊株は、形態形成異常を生じる変異株である。この破壊株のトランスクリプトーム解析の結果、キチン合成酵素であるchsB、chsC、グルカン転移酵素であるgelBなどの細胞壁合成酵素群の異常発現を引き起こすことが明らかになった。また、このような形態形成不全と細胞壁合成関連酵素の転写異常は、高浸透圧下で抑制されたことから、麹菌のkexB破壊はシグナル伝達経路の異常を引き起こしていると考えられた。そこで、酵母cell integrity経路のMAPKであるMPK1に相当するMplAの発現解析を行った。その結果、麹菌mpkAは、kexB破壊により高発現していた。高浸透圧処理によってこの転写量の増加は観察されなくなった。さらに、kexB破壊株では、特異的にMpkAのリン酸化が生じていることから、kexB遺伝子破壊は、cell integrity経路に異常をもたらしていた。一方、kexB破壊株の細胞壁の化学構造を明らかにした。その結果、kexB破壊株は野性株と比べグルカン含量が約半分に減少し、キチン含量が約1.5倍に増加していた。さらに詳細に検討したところ、アルカリ可溶画分にα-グルカンの顕著な減少が示された。α-グルカン合成酵素は、まだその遺伝子が同定されていないが、A.fumigatusにおいてその遺伝子を欠損させるとα-グルカンの合成量が減少するとされている遺伝子から推定されるアミノ酸配列のアミノ末端側にkexinに認識されると思われるKRサイトが見いだされ、この切断が生じないために、α-グルカンが減少しているのではないかと推定された。アルカリ抽出後の沈殿画分ではキチンの増加が観察され、実際にキチン合成活性を測定すると、キチン合成酵素活性が野生株の2倍程度に上昇していることが確認できた。これらの結果から、kexin欠損株は、α-グルカン合成を行うことができず、細胞壁に何らかの障害が現れたと感知し、その結果、cell integrity pathwayを活性化させキチン合成活性を上昇させ、細胞壁の弱体化しているのではないかと推測された。

研究成果

• [雑誌論文] Genome sequencing and analysis of Aspergillus oryzae (2005)
  • 著者名/発表者名: M Machida, K.Asai, -Y Yamagata, -H Kikuchi(全63名)
  • 雑誌名: Nature 438 ページ: 1157-1167
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Genome sequencing and analysis of Aspergillus oryzae (2005)
  • 著者名/発表者名: M Machida, K Asai, M Sano, T, T Kumagai, G Terai, K Kusumoto, T Arima, O Akita, Y Kashiwagi, K Abe, K Gomi, H Horiuchi, K Kitamoto, T Kobayashi, M Takeuchi, D W Denning, J E Galagan, W C Nierman, J Yu, D B.Archer, J W Bennett, D Bhatnagar, T E.Cleveland, N D.Fedorova, O Gotoh, H Horikawa, A Hosoyama, M Ichinomiya, R Igarashi, K Iwashita, P R Juvvadi, M Kato, Y Kato, T Kin, A Kokubun, H Maeda, N Maeyama, J Maruyama, H Nagasaki, T Nakajima, K Oda, K Okada, I Paulsen, K Sakamoto, T Sawano, M Takahashi, K Takase, Y Terabayashi, J R Wortman, O Yamada, Y Yamagata, H Anazawa, Y Hata, Y Koide, T Komori, Y Koyama, T Minetoki, S Suharnan, A Tanaka, K Isono, S Kuhara, N Ogasawara, H Kikuchi
  • 雑誌名: Nature 438 ページ: 1157-1161
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Disorderd cell integrity signaling caused by disruption of the kexB gene in Aspergillus oryzae (2004)
  • 著者名/発表者名: Miautani O, Nojima A, Yamamoto M, Furukawa K, Fujioka T, Yamagata Y, Abe K, Nakajima T
  • 雑誌名: Eukaryotic Cell 3 ページ: 1036-1048
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Disordered cell integrity signaling caused by disruption of the kexB gene in Aspergillus oryzae (2004)
  • 著者名/発表者名: Mizutani 0., Nojima A., Yamamo M., Furukawa K., Fujioka T., Yamagata Y., Abe K., Nakajima T.
  • 雑誌名: Eukaryotic Cell 3 ページ: 1036-1048
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より