生物の新規鉄結合蛋白質を介した酸素耐性機構の解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12876016
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 神尾 好是 東北大学, 大学院・農学研究科, 教授 (00109175)
• キーワード: 乳酸菌 / 酸素耐性 / ストレプトコッカス / Dpr / 鉄結合タンパク質 / 過酸化物耐性 / パーオキシダーゼ

研究概要

口腔内連鎖球菌Streptococcus mutansをはじめとする乳酸菌は、カタラーゼを持たないにも拘わらず酸素の存在下で生育できるが、その酸素耐性機構については解明されていなかった。私どもは、S.mutansの酸素耐性機構、特に過酸化物耐性機構について以下の事実を明らかにした。
(1)S.mutansにH_2O_2生成型NADH oxidase(Nox-1)及びH_2O生成型NADH oxidase(Nox-2)を発見し、続いてNox-1およびAhpCの2成分から成る酸素誘導型のパーオキシダーゼ(AhpR)の存在を明らかにした。
(2)従って、S.mutansの過酸化物耐性機構は、AhpRの発見により解明されたかに見えたが、S.mutansのahpC,nox-1両遺伝子欠損株を作製し酸素耐性を調べた結果、本欠損株は好気条件下で野性株と同様生育できるだけでなく、過酸化物耐性能も完全に保持していることが判明した。
(3)これらの事実から私どもは、S.mutansには未知の過酸化物耐性因子が存在すると確信し、その遺伝子のスクリーニングを行った。その結果、S.mutansのゲノムから過酸化物耐性に関与するdpr(Dps like peroxide resistance gene)と名付けた新規遺伝子を得た。作製した一連のdpr欠損株は、顕著な酸素感受性を示すことが明らかとなった。
(4)本遺伝子産物(Dpr)は好気条件下で発現し、その発現量は菌体総蛋白質の5%に達し、強力な鉄結合能を有した。Dpr分子は遊離の鉄イオンを分子内に取り込み、生体内の遊離鉄イオン濃度を極めて低く保つことで、フェントン反応を介したヒドロキシルラジカルの発生を防ぎ、酸素耐性を付与していることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] 山本裕司,神尾好是: "乳酸菌の酸素耐性獲得戦略・ペルオキシダーゼではなく鉄結合タンパク質が酸素耐性を支配する?"化学と生物. 39(1). 2-3 (2001)
• [文献書誌] M.Higuchi,Y.Yamamoto,and Y.Kamio: "Molecular Biology of oxygen tolerance in lactic acid bacteria : Functions of NADH oxidases and Dpr in oxydative stress"Journal of Bioscience and Bioengineering. 90(5). 484-493 (2000)
• [文献書誌] Y.Yamamoto,M.Higuchi,L.B.Poole,and Y.Kamio: "Role of the dpr product in oxygen tolerance in Streptococcus mutans"Journal of Bacteriology. 182(13). 3740-3747 (2000)
• [文献書誌] Y.Yamamoto,M.Higuchi,L.B.Poole, and Y.Kamio: "Identification of a new gene responsible for the oxygen tolerance in aerobic life of Streptococcus mutans"Biosci.Biotechnol.Biochem.. 64(5). 1106-1109 (2000)
• [文献書誌] L.B.Poole,M.Higuchi,M.Shimada,M.L.Calzi,and Y.Kamio: "Streptococcus mutans H2O2-foming NADH oxidase is an alkyl hydroperoxide reductase protein (印刷中)"Free Radical Biology & Medicine. 28(1). (2001)