活性型硫黄と活性型セレンのバイオジェネシスに関与する類縁酵素群の役割と機能分担

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11480179
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 江崎 信芳 京都大学, 化学研究所, 教授 (50135597)
• 研究分担者: 栗原 達夫 京都大学, 化学研究所, 助手 (70243087) ; 吉村 徹 京都大学, 化学研究所, 助教授 (70182821)
• キーワード: セレノシステインリアーゼ / システインデスルフラーゼ / セレノリン酸 / セレン / 鉄硫黄クラスター / 硫黄

研究概要

システインをアラニンと硫黄に分解するシステインデスルフラーゼ、およびこれと一次構造的にも機能的にも類似するセレノシステインリアーゼの作用機序、生理的役割を解明することを目的として研究を実施した。大腸菌の3種のシステインデスルフラーゼホモログ遺伝子それぞれの破壊株を作製し、3種の酵素それぞれがどのような役割分担をしているか、また、構造的差異と細胞内機能との間にどのような相関があるかを調べた。iscS遺伝子破壊株を、LBおよびM9-グルコース培地にビミン類、アミノ酸などを付加した種々の寒天培地上で生育させ、栄養要求性などを調べた。その結果、iscS遺伝子破壊株は、LB培地上でも著しく生育速度が低下していることが明らかとなった。iscS遺伝子破壊株は、M9-グルコースでは全く生育しないが、カザミノ酸添加により生育が見られ、チアミン、ニコチン酸の添加により生育速度の上昇が見られた。iscS遺伝子の破壊は細胞にとって致死的ではないが、iscS遺伝子破壊株は野生株と比較して生育が遅いことが分かった。CSD、CsdB、IscSおよびこれらの変異型酵素の遺伝子を持つプラスミドをiscS遺伝子破壊株に導入し、様々な寒天培地上での生育速度を指標にした遺伝子相補実験を行った。その結果、欠損株へcsdBを導入することにより、野生型とほぼ同等なまで生育速度の回復が見られた。このことから、高発現させたCsdBは、IscSの生理的な役割を代替することが示唆された。一方、CSDおよびCSDの変異型酵素(C358A)を発現させても生育遅延は相補されなかった。CSDとCsdBは、互いに、約50%アミノ酸配列が一致するが、in vivoの機能には違いがあることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Hisaaki Mihara et al.: "Selenocysteine lyase from mouse liver."Methods in Enzymology. (in press). (2001)
• [文献書誌] Gerard Lacourciere et al.: "Escherichia coli NifS-like proteins provide selenium in the pathway for the biosynthesis of selenophosphate"The Journal of Biological Chemistry. 275(31). 23796-23773 (2000)
• [文献書誌] Hisaaki Mihara et al.: "cDNA cloning, purification, and characterization of mouse liver selenocysteine lyase.Candidate for selenium delivery protein in selenoprotein synthesis."The Journal of Biological Chemistry. 275(9). 6195-6200 (2000)
• [文献書誌] Hisaaki Mihara et al.: "Kinetic and mutational studies of three NifS homologs from Escherichia coli : Mechanistic difference between L-cysteine desulfurase and L-selenocysteine lyase reactions."Journal of Biochemistry. 127(4). 559-567 (2000)
• [文献書誌] Tomomi Fujii et al.: "Structure of a NifS homologue : X-ray structure analysis of CsdB, an Escherichia coli counterpart of mammalian selenocysteine lyase."Biochemistry. 39(6). 1263-1273 (2000)
• [文献書誌] Hisaaki Mihara et al.: "A nifS-like gene, csdB, encodes an Escherichia coli counterpart of mammalian selenocysteine lyase.Gene cloning, purification, characterization and preliminary x-ray crystallographic studies."The Journal of Biological Chemistry. 274(21). 14768-14772 (1999)