低温センサーと低温適応の分子機構の研究

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13854002
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 村田 紀夫 基礎生物学研究所, 環境適応研究部門, 教授 (90011569)
• 研究分担者: 鈴木 石根 筑波大学, 大学院・生命環境科学研究科, 講師 (10290909)
• キーワード: 低温センサー / 遺伝子発現 / DNAミクロアレイ / セリン・スレオニン・キナーゼ / ヒスチジンキナーゼ / DNAスーパーコイリング / レスポンス・レギュレーター / ラン藻

研究概要

本研究は、ラン藻Synechocystis sp.PCC 6803を用いて低温センサーと低温適応の分子機構を解明することを目的としている。本年度においては以下のような進展がみられた。
1.セリン・スレオニン・キナーゼ(Spk)が低温シグナル伝達成分であるということを発見した。Spkは真核生物のシグナル伝達において重要な役割を担っていることが知られている。しかし、Spkは原核生物にも存在するが、その信号伝達における役割は不明であった。我々は先ずSynechocystisのゲノムに存在する12種のSpkの遺伝子を順次破壊して、遺伝子破壊ライブラリーを作成した。次に低温誘導性遺伝子の発現に対する個々の変異株の効果をDNAミクロアレイ法を用いて解析した。その結果、12種のうちのSpkDとSpkLが低温シグナル伝達に関わる因子であることが明らかになった。この成果は原核生物においてSpkの信号伝達における役割を明確に示した最初の例である。
2.DNAの高次構造(スーパーコイリング)は温度等の環境により変化する。我々はDNAのスーパーコイリングを促進するDNA gyraseの阻害剤が、低温誘導性遺伝子の発現に著しい効果を示すことを発見した。この事実は、低温誘導性遺伝子発現の際の低温検知には、DNAの高次構造変化も直接かかわっていることを示唆している。
3.低温検知と低温シグナル伝達には複数の因子が関与している。これまでに得られた成果から、低温検知とそのシグナル伝達には、ヒスチジンキナーゼHik33、レスポンスレギュレーターRre26とRre31、セリンスレオニンキナーゼSpkDとSpkLの因子およびDNAの高次構造が関与していることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Osmotic shrinkage of cells of Synechocystis sp.PCC 6803 by water efflux via aquaporins regulates the osmostress-inducible gene expression. (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Shapiguzov, A.A.Lyukevich, S.I.Allakhverdiev, T.V.Sergeyenko, I.Suzuki, N.Murata, D.A.Los
  • 雑誌名: Microbiology 151 ページ: 447-455
• [雑誌論文] Identical Hik-Rre systems are involved in perception and transduction of salt signals and hyperosmotic signals but regulate the expression of individual genes to different extent in Synechocystis. (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Shoumskaya, K.Paithoonrangsarid, Y.Kanesaki, D.A.Los, V.Zinchenko, I.Suzuki, N.Murata
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry In press
• [雑誌論文] Histidine kinase Hik34 regulates the expression of heat-shock genes and involved in thermo tolerance in Synechocystis (2005)
  • 著者名/発表者名: I.Suzuki, Y.Kanesaki, J.J.Hall, W.J.Simon, A.Slabas, N.Murata, Suzuki, N.Murata
  • 雑誌名: Plant Physiology In press
• [雑誌論文] Five histidine kinases perceive osmotic stress and regulate distinct sets of genes in Synechocystis. (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Paithoonrangsarid, M.Shoumskaya, Y.Kanesaki, S.Satoh, S.Tabata, D.A.Los, V.Zinchenko, H.Hayashi, M.Tanticharoen, I.Suzuki, N.Murata
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 279 ページ: 53078-53086
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The SphS-SphR two-component system is the exclusive sensor for the induction of gene expression in response to phosphate limitation in Synechocystis. (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Suzuki, A Ferjani, I.Suzuki, N.Murata
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 279 ページ: 13234-13240
• [雑誌論文] Gene expression profiling reflects physiological processes in salt acclimation in Synechocystis sp.Strain PCC 6803 (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Marin, Y.Kanesaki, D.A.Los, Murata, I.Suzuki, M.Hagemann
  • 雑誌名: Plant Physiology 136 ページ: 3290-3300
• [雑誌論文] Membrane fluidity and its roles in the perception of environmental signals. (2004)
  • 著者名/発表者名: D.A.Los, N.Murata
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysics Acta(Biomembrane) 1666 ページ: 142-157