大腸菌膜内切断プロテアーゼ RsePの生理機能と特異的基質切断機構

• 研究課題/領域番号: 18H02404
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43030:機能生物化学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 秋山 芳展 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (10192460)
• 研究分担者: 檜作 洋平 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 助教 (70568930)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2020年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2019年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2018年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: 膜内切断プロテアーゼ / 大腸菌 / 切断基質 / 膜内部でのタンパク質切断 / S2Pプロテアーゼ / Fecオペロン / 鉄取り込み / 蛍光ペプチド / 速度論的解析 / 小分子膜タンパク質 / RseP / Toxin-antitoxin / HokB / Persister / small membrane protein / FRET / 生体膜 / プロテアーゼ / 膜内切断 / 蛍光基質

研究成果の概要

研究成果の概要(和文):大腸菌RsePは、S2Pファミリーに属する膜内切断プロテアーゼあり、大腸菌σE経路 表層ストレス応答における膜越えたシグナル伝達やシグナルペプチドの分解除去等により、細胞表層機能の維持に必須の役割を果たす。本研究では、スクリーニングによりRsePの新規基質同定し、その切断の意義を明らかにした。また、 in vitro で定量的にRseP活性を解析しうるアッセイシステムの構築を行った。これらの成果は、RsePの細胞機能と作用機序を明らかにする為に貢献するものと期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、申請者ら独自の発見・研究成果を直接踏まえ展開するもので、BepA機能解明を通じて、大腸菌等グラム陰性細菌の外膜形成・維持機構のみならず、protease制御機構に新たな知見を供し、基礎から応用まで広くインパクトを与えるだろう。本研究は、新奇発見に基づくアプローチによる独創性と、独自の成果を統合・発展させる着実性の、両面を兼ね備えたものである。

研究成果

• [雑誌論文] Moving toward generalizable NZ-1 labeling for 3D structure determination with optimized epitope tag insertion. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tamura-Sakaguchi, R., Aruga, R., Hirose, M., Ekimoto, T., Miyake, T., Hizukuri, Y., Oi, R., Kaneko, M. M., Kato, Y., Akiyama, Y., Ikeguchi, M., Iwasaki, K., and Nogi, T.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr. D 巻: -
  • NAID: 120007032351
  • 査読あり
• [雑誌論文] Escherichia coli S2P family intramembrane protease RseP is engaged in the regulated sequential cleavages of FecR in the ferric citrate signaling. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, T., Niinae, T., Tsumagari, K., Imami, K., Ishihama, Y., Hizukuri, Y., and Akiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reversible auto-inhibitory regulation of Escherichia coli metallopeptidase BepA for selective β-barrel protein degradation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Daimon 他7名
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 117 号: 45 ページ: 27989-27996
  • DOI: 10.1073/pnas.2010301117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Involvement of a Membrane-Bound Amphiphilic Helix in Substrate Discrimination and Binding by an Escherichia coli S2P Peptidase RseP (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyake Takuya, Hizukuri Yohei, Akiyama Yoshinori
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 11 ページ: 607381-607381
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.607381
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fine interaction profiling of VemP and mechanisms responsible for its translocation-coupled arrest-cancelation (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Ryoji、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • 雑誌名: eLife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.62623
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 大腸菌表層ストレス応答：インプットとアウトプットに働くプロテアーゼの機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋山芳展
  • 雑誌名: IFO Res. Commun. 巻: 33 ページ: 217-220
• [雑誌論文] An in vivo protease activity assay for investigating the functions of the Escherichia coli membrane protease HtpX (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshitani Kohei, Hizukuri Yohei, Akiyama Yoshinori
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 593 号: 8 ページ: 842-851
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13368
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of the function of the β-barrel assembly-enhancing protease BepA (2019)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Shahrizal, Yasushi Daimon, Yoshiki Tanaka, Yugo Hayashi, Shintaro Nakayama, Shigehiro Iwaki, Shin-ichiro Narita, Hironari Kamikubo, Yoshinori Akiyama, Tomoya Tsukazaki
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 431 号: 3 ページ: 625-635
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2018.11.024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heat shock transcription factor σ³² defective in membrane transport can be suppressed by transposon insertion into genes encoding a restriction enzyme subunit or a putative autotransporter in <i>Escherichia coli</i> (2018)
  • 著者名/発表者名: Yura Takashi、Miyazaki Ryoji、Fujiwara Keigo、Ito Koreaki、Chiba Shinobu、Mori Hiroyuki、Akiyama Yoshinori
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 93 号: 6 ページ: 229-235
  • DOI: 10.1266/ggs.18-00040
  • NAID: 130007582071
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2018-12-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of an Internal Cavity in the PhoQ Sensor Domain for PhoQ Activity and SafA-mediated Control (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshitani, E. Ishii, K. Taniguchi, H. Sugimoto, Y. Shiro, H. Mori, Y. Akiyama, A. Kato, R. Utsumi, Y. Eguchi
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 83 号: 4 ページ: 684-694
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1562879
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification and characterization of arrest motif in VemP by systematic mutational analysis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mori, H., Sakashita, S., Ito, J., Ishii, E. and Akiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 293 号: 8 ページ: 2915-2926
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.816561
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new photo-cross-linking approach for analysis of protein dynamics in vivo. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, R., Myogo, N., Mori, H. and Akiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 293 号: 2 ページ: 677-686
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.817270
  • 査読あり
• [学会発表] 新生ポリペプチド鎖依存的な膜局在化によるmRNA分解促進 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石井英治、秋山芳展、森 博幸
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会
• [学会発表] 菌の外膜生合成と品質管理に関わる2機能性プロテアーゼBepAの基質認識機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮﨑亮次、吉谷亘平、森 博幸、秋山芳展
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] 大腸菌膜内切断プロテアーゼRsePを介したTA systemの制御： 細胞休眠・覚醒における意義 (2020)
  • 著者名/発表者名: 檜作洋平、横山 達彦、秋山芳展
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] 大腸菌S2PファミリープロテアーゼRsePの基質探索：鉄取り込みに関与する転写制御因子の切断とその生理的意義 (2020)
  • 著者名/発表者名: 横山達彦、新苗智也、津曲和哉、今見考志、石濱泰、檜作洋平、秋山芳展
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] 大腸菌膜内切断プロテアーゼRsePの基質切断と構造維持に重要な膜表在・両親媒性ヘリックスPCT-H1の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 7.三宅拓也、檜作洋平、秋山芳展
  • 学会等名: 第16回21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] FRET蛍光ペプチドを用いた細菌S2Pファミリー膜内切断プロテアーゼのリアルタイム切断kinetics計測系の構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 10.檜作洋平、秋山芳展
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] 大腸菌膜内切断プロテアーゼRsePの基質切断と構造維持に重要な膜表在・両親媒性ヘリックスの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 12.三宅拓也、檜作洋平、秋山芳展
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] 大腸菌膜内切断プロテアーゼRsePの新規基質切断とその生理的意義: 低分子膜タンパク質HokBの切断を介したパーシスター形成制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 13.横山達彦、檜作洋平、秋山芳展
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] Kinetic analysis of the proteolytic reaction catalyzed by S2P family intramembrane protease RseP using a FRET-based real-time assay system (2019)
  • 著者名/発表者名: 14.檜作洋平、秋山芳展
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 大腸菌膜内切断プロテアーゼRsePの新規機能調節領域の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三宅拓也、檜作洋平、秋山芳展
  • 学会等名: 第15回21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] Functional and structural roles of a membrane-periplasm interface domain in RseP, an Escherichia coli S2P family intramembrane protease. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyake, T., Hizukuri, Y. and Akiyama, Y.
  • 学会等名: International symposium Proteins: From the Cradle to the Grave
  • 国際学会
• [学会発表] 大腸菌膜内切断プロテアーゼRsePの構造維持と機能調節に関わる新規ドメインの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三宅拓也、檜作洋平、秋山芳展
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会