原核細胞の環境応答遺伝子発現を制御するセンサーによる情報受容と伝達の分子機構

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06454670
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 水野 猛 名古屋大学, 農学部, 教授 (10174038)
• キーワード: 大腸菌 / 遺伝子発現 / 環境応答 / 浸透圧センサー / 転写活性化因子 / 情報伝達 / タンパク質リン酸化 / 外膜

研究概要

本年度の研究で以下のように、大腸菌浸透圧応答の分子機構を明らかにした。大腸菌は培地浸透圧を感知して外膜タンパク質の組成を変化させる。高浸透圧培地ではompCの発現が誘導され、低浸透圧培地ではompFの発現が誘導される。環境浸透圧センサーに相当するのが細胞質膜に局在しているEnvZであり、典型的なトランスミッター領域をC末端側にもつ。遺伝子発現を正に制御する転写因子(レギュレーター)はOmpRと呼ばれ、レシーバー領域をもつDNA結合タンパク質である。EnvZは浸透圧シグナルを感知することができる(ここでは浸透圧シグナルの実体は問題にしないことにする)。培地浸透圧が上昇するにつれてPmpRに対するEnvZのリン酸化能(キナーゼ活性)が相対的に上昇し、OmpRのN末端側がリン酸化さる。結果としてC末端側にあるDNA結合領域の機能が調節され、転写因子として活性化される。低浸透圧条件下ではEnvZのホスファターゼ活性が相対的に強くなり細胞内でのリン酸化型OmpRの量は減少する。リン酸化型OmpR量が低いときにはompFが優先的に転写さる。リン酸化OmpR量が著しく高くなるとompCが優先的に転写されるようになるが、この条件下ではOmpRはompFのリプレッサーとして機能する。このような仕組みにより浸透圧に応答した遺伝子発現の巧妙な切換えが可能になっていることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Yamashino,T: "Quantitatiue control of the stationary phase spesific sigma factor,bs,in Escherichia coli:Inoluement of the nucleoib protovn,H-us" EMBO J、. 14. 594-602 (1995)
• [文献書誌] Nakashima,K: "Effect of lyclrostatic pressuie on the synthesis of oulenmenbrane Pratetns in Escherichia coli" Biosci Biotech Biochem. 59. 130-132 (1995)
• [文献書誌] Kashiwagi,S: "Cloning,of a Spanechococcus gene in coding a Protein remarka klgsincilar to mammarian aldegyde dchydrogcnase" Btosci Biotech Biochem. 58. 2299-2300 (1994)
• [文献書誌] Sugiura,A: "Dual-sensing mechanismk of the putafiue osmosensor,Kdpp,in Escherichia coli" Mol Microbiol. 14. 929-938 (1994)
• [文献書誌] Ishige,K: "A novel device of bacterial signal tsansducer" EMBO J. 13. 5195-5202 (1994)
• [文献書誌] Tsuzuki,M: "Mechaniom of gene activation by the Escherichia coli positiue regulatar,OmpR:Phospharylation-independent mechanicm of acfiuation," J MOl Biol. 241. 607-613 (1994)