細胞内共生現象の分子生物学的・細胞生物学的研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03454020
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石川 統 東京大学, 理学部, 教授 (70012482)
• 研究分担者: 山下 哲郎 東京大学, 理学部, 助手 (20202377) ; 藤原 晴彦 東京大学, 理学部, 講師 (40183933)
• キーワード: アブラムシ / 細胞内共生体 / シンビオニン / symオペロン / リン酸化 / 自己触媒活性 / 分子シャペロン / 有機窒素再循環

研究概要

1.アブラムシ共生体が細胞内で、唯一大量に合成しているタンパク質、シンビオニンの遺伝子を単離し、その上流および下流域を含めて、全塩基配列を決定した。その結果、シンビオニンは大腸菌groEオペロン同様に、groES相同遺伝子(symS)とともに1つのオペロンを形成して存在することがわかった。シンビオニン・コ-ド領域(symL)のgroEL遺伝子との相同性はアミノ酸レベルで約85%、塩基レベルで75%であった。また、groEに比べたときsymオペロンにはA/T塩基の蓄積が顕著であった。
2.大腸菌のgroELおよびgroESの高温感受性突然変異はおのおのsymSおよびsymLと組換えたプラスミドによってコンプリメントされた。また、紅色イオウ細菌より得た二量体RubisCOの変性サブユニットは、symSおよびMg・ATPの存在下で活性のある二量体へ復帰した。これらの結果によって、シンビオニンがin vivoおよびin vitroにおいて、シンビオニンがGroELタンパク質同様に分子シャペロンとして機能できることが示唆された。
3.精製シンビオニンはATPとインキュベ-トすることによりリン酸化され、熱ショック下と同様にリン酸化シンビオニンを生じた。この結果はシンビオニンのリン酸化が自己触媒活性に基づくことを強く示すとともに、分子シャペロンとしてのシンビオニンの作用機構を考える上で1つの示唆となった。
4.さまざまなアミノ酸組成の人工飼料を用いたトレ-サ-実験の結果から、共生体はグルタミンを窒素運搬体に利用しつつ有機窒素化合物を再循環させて、ホストのアミノ酸代謝を助けていることが示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Tetsuhiko Sasaki: "Growth and reproduction of the symbiotic and aposymbiotic pea aphids,Acyrthosiphon pisum maintained on artificial diets." Journal of Insect Physiology. 37. 749-756 (1991)
• [文献書誌] Keiko Kakeda: "Molecular chaperone produced by an intracellular symbiont" Journal of Biochemistry. 110. 583-587 (1991)
• [文献書誌] OーYu Kwon: "The longest 18S ribosomal RNA ener known:Nucleotide sequence and presumed secondary structure of the 18S rRNA of the pea aphid,Acyrthosiphon pisum." European Journal of Biochemistry. 202. 827-833 (1991)
• [文献書誌] Mizue Morioka: "Mutualism based on stress:Selective synthesis and phosphorylation of a stress protein by an intracellular symbiont." Journal of Biochemistry. (1992)
• [文献書誌] Takema Fukatsu: "Synthesis and localization of symbionin,an aphid endosymbiont protein." Insect Biochemistry. (1992)
• [文献書誌] Chiaki Ohtaka: "Structure of chaperonins from an intracellular symbiont and their functional expression in E. coli groE mutants." Journal of Bacteriology. (1992)