環境細菌の走化性センサーはどのようにして多種類・多数のアミノ酸を感知できるか？

• 研究課題/領域番号: 21H02106
• 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38020:応用微生物学関連
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 加藤 純一 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 教授 (90231258)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2023年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2021年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: ケモセンサー / 物質認識機構 / 走化性 / 走化性センサー / 環境細菌

研究開始時の研究の概要

本研究は細菌のダブルPDC型アミノ酸(aa)走化性センサーがどのようにして多種類のaaを感知できるかを分子レベルで解明することを目的とする。位置特異的変異導入によりPseudomonas protegensのセンサーCtaA(20aaを感知)とCtaB(4aaを感知)のリガンド結合部位周辺に変異を導入した変異体ライブラリーを構築する。変異型センサー発現株の走化性性測定から変異導入がaa感知パターンに及ぼす影響を明らかにする。さらにケモセンサーの構造変化とリガンド結合エネルギーをモデル解析する。そしてウェットとドライの解析結果を取りまとめ、多種類・多数のaaを感知できる構造的特性を明らかにする。

研究成果の概要

Pseudomonas protegens CHA0のアミノ酸走化性センサーCtaBのA144をAspに変換させたCtaB A144Dを構築した。CtaB A144Dは本来のリガンドである4アミノ酸に対する応答は大幅に減退したものの、Argに対する応答が創出された。A144をGlu、Lys、Argに変換した変異体はいずれのアミノ酸も感知しなかった。CtaB A144DのArgへの結合では、Argのグアニジノ基、カルボキシル基が必要であることが分かった。分子ドッキングモデリングから、CtaB A144Dではこれまで知られてきたアミノ酸の結合方向と反対の配向性で結合していることが予想された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

100年以上にわたり原核生物の走化性応答が調べられてきたが、そのうち誘引物質として最も多いのはアミノ酸である。21世紀に入り、アミノ酸に対する走化性が植物感染や根圏定着に寄与することが示されてきており、アミノ酸走化性が増殖基質の探索のみならず、生態学的また実用的にも重要な生物相互作用に関わっていることが分かってきた。となれば、走化性を制御することで植物感染や植物-微生物共生といった生物相互作用を制御できるのではないかとして本研究を行った。そして、アミノ酸走化性センサーのリガンド結合サイトのアミノ酸残基を改変することで、新なアミノ酸応答を創出できることを示すことができたことは大きな意義を持つ。