最近鞭毛の生成及び運動の膜リン脂質依存性-その分子機序の解明

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06453165
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 渋谷 勲 埼玉大学, 理学部, 教授 (60013306)
• 研究分担者: 松崎 博 埼玉大学, 理学部, 助手 (80008870) ; 松本 幸次 埼玉大学, 理学部, 助教授 (00119140)
• キーワード: 大腸菌 / 鞭毛マスターオペロン / リン脂質 / 転写制御 / カタボライド抑制 / 二成分系制御 / オペロン融合 / DNA機能領域

研究概要

大腸菌の鞭毛及び運動に関わる40以上の遺伝子は、その発現が階層的に制御されている。この階層の頂点に位置するマスターオペロン(flhD-flhC)の転写発現は、酸性リン脂質合成欠損変異pgsA3により著しく制御された。このマスターオペロンの発現制御機構ならびに発現と膜リン脂質との関連について解析し、以下の知見を得た。
1.マスターオペロン上流の機能領域:塩基配列既知の上流領域について一連の異なる長さの断片を調製し、プラスミド上及び溶原化λファージ中でlacZ遺伝子とのオペロン融合を構築して保持株のβ-ガラクドシダーゼ活性を測定した。マスターオペロンの十分な発現には、コード領域上流の約35bpの領域が必要であること、これがカタボライド抑制にも係わるので配列からcAMP受容蛋白の結合部位と推定されること、pgsA3変異による発現抑制にもこの領域が必要であるがカタボライト抑制とは別個の制御であることなどが明らかとなった。
2.酸性リン脂質の役割:酸性リン脂質の欠損がマスターオペロンの転写を顕著に抑制することは間違いないが、酸性リン脂質の組成比が上昇するホスファチジルセリン合成酵素欠損変異株でも異常が観察された。軽い変異のpssA1変異では鞭毛は生成されるのにも係わらず運動性が消失し、完全欠損変異株ではflhDの発現が抑制された。このことは、個々のリン脂質種が発現に係わるのではなく、脂質極性のバランスないしは膜の脂質・蛋白比が重要であることを示唆しており、この点の早急な解明が必要である。
3.EnvZ-OmpR制御系の関与機構:マスターオペロンの上記機能領域よりさらに上流の既知のOmpR結合配列と相同性が高い部位が欠失すると発現が顕著に上昇した。また、pgsA3変異株におけるflhDの転写は、OmpR及びEnvZ欠損変異の導入で上昇した。このことから、鞭毛の生成がこの二成分系の制御を受けると結論した。

研究成果

• [文献書誌] S. K. Saha: "Directed mutagenesis, Ser-56 to Pro, of Bacillus subtilis phosphatidylserine synthase drastically lowers enzymatic acivity and relieves amplification toxicity in Escherichia coli" Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 60. 630-633 (1996)
• [文献書誌] S. K. Saha: "A regulatory mechanism for the balanced synthesis of membrane phospholipid species in Escherichia coli" Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry. 60. 111-116 (1996)
• [文献書誌] S. Hamamatsu: "Loss of phosphaidylserine synthesis results in aberrant solute sequestration and vacuolar morphology in Saccharomyces cerevisiae." FEBS Letters. 348. 33-36 (1994)
• [文献書誌] E. Kitamura: "Acidec-phospholipid deficiency represses the flagellar master operon through a novel regulatory region in Escherichia coli." Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 58. 2305-2307 (1994)
• [文献書誌] M. Okada: "Cloning, sequencing,and expression in Escherichia coli of the Bacillus subtilis gene for phosphatidylserine synthase." Journal of Bacteriology. 176. 7456-7461 (1994)
• [文献書誌] M. Usui: "Primary structures of the wile-type and mutant alleles encoding the phosphatidylglycerophosphate synthase of Escherichia coli." Journal of Bacteriology. 176. 3389-3392 (1994)