大腸菌の可視光感受性のミュータント

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07839004
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 井口 八郎 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (20028195)
• キーワード: 大腸菌 / 光感受性変異株 / hemE,G / visA遺伝子 / hemK / hemA / ポルフィリン合成 / タンパク質合成

研究概要

大腸菌のヘム合成の最終段階に働くフェロキレテ-スが欠失した大腸菌株[ΔvisA(=ΔhemH)]は、プロトポルフィリンIXの蓄積により可視光感受性になるが、こうしたΔvisAミュータント株から、光に非感受性の復帰変異株を分離して調べてみると、それらはほとんどが既知の遺伝子であるhemAからhemGの変異株であった。
本研究では、1)このうち大腸菌ではhemEとhemGの遺伝子の解析がなされていなかったので、分離した変異株を用いてこれら二つの遺伝子をクローン化、塩基配列の決定をおこなった。その結果、uroporphyrinogen III decarboxylase(UROD)の構造遺伝子であるhemEは353コドンのORFからなり、ヒトのURODのアミノ酸配列と全域にわたり高いホモロジー(45.4%)があることがわかった。protoporpyrinogen IX oxidaseの遺伝子とされているhemGは、大腸菌染色体地図上でrrnA遺伝子のすぐ近くの86分に位置し、rrnA遺伝子と同様時計方向に転写されること、この遺伝子は181アミノ酸、約21kDaからなる蛋白質をコードすると、N末端領域にflavodoxin motifを見い出した。2)hemA-G以外の変異株で、ヘム合成に関与していると考えられる変異株も2株新たに分離できた。そのうちの一つの変異(H103)はhemA遺伝子の近くにマップされ、その遺伝子をhemKと命名した。塩基配列の解析結果、226アミノ酸からなるORFが見いだされ、hemA-prfA-ORF226(hemK)のオペロンを形成していることを明らかにした。3)hemA遺伝子欠損株を調べている際、培地にクロラムフェニコールやテトラサイクリンを添加すると生育が回復することを見いだした。生育の回復は抗生物質の濃度に依存し、ポルフィリン合成の促進に起因することが解った。大腸菌におけるヘム合成にはタンパク質合成と共通の基質であるグルタミルtRNAが使われるが、この生育回復の現象はタンパク質合成を阻害することで、より多くの基質がポルフィリン合成に使われるようになるためと考えた。

研究成果

• [文献書誌] K.Nakamura et al.: "Two Hydroghobic Subunits Are Essential for the Heme b Ligation and Functlonal Assembly of Complex II from Escherishia coli" Journal of Biological Chemistry. 271. 521-527 (1996)
• [文献書誌] R.Tanaka et.al.: "Differential Eixpression of Two hemA mRNAs Encoding Glutamyl-tRNA Reductase Proteins in Cucumber Seedlings" Plant Physiol.110. 1223-1230 (1996)
• [文献書誌] H.Yang et.al.: "Non-iron porphyrins cause tumbling to blus light by an E,Coli mutant defective in hemG" Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 93. 2459-2463 (1996)
• [文献書誌] T.Nakayashiki and H.Inokuchi: "Control of the availability of exogenous 5-amino-levoclinic acid in Escherishia coli" Genes & Genetic Systems. 71. 237-241 (1996)
• [文献書誌] S.Narita et al.: "Molecular cloning and cheracterization of a cDNA that encodes protoporphyrinogen oxidase of Arabidopsis thaliana" Gene. 182. 169-175 (1996)
• [文献書誌] S.Fujisaki et al.: "Cloning of a gene from E.coli that confers resistance to fosmidomycin as a consequence of amplification" Gene. 175. 83-87 (1996)