低温センサーと低温適応の分子機構の研究

2004 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 13854002
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 植物生理
• 研究機関: 基礎生物学研究所 (2004); 岡崎国立共同研究機構 (2001-2003)
• 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 岩根 筑波大学, 大学院・生命環境科学研究科, 講師 (10290909)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2004
• キーワード: 低温センサー / 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 / セリン / スレオニンキナーゼ

研究概要

生物を取り巻く自然環境の中で、低温は高温、乾燥等とともに生物の生存を決定づける特に重要な環境因子の一つである。申請者の研究グループは全ゲノム配列が明らかにされているラン藻Synechocystis sp. PCC 6803を用い、低音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研究を行い、以下の成果を挙げた。
1.ラン藻Synechocystisのゲノムに存在する44個のヒスチジンキナーゼ(Hik)と42個のレスポンスレギュレーター(Rre)を失活させ、それぞれのミュータントライブラリーを作成した。このライブラリーをスクリーニングして、Hikの中ではHik33だけが低温センシングに関わっていること、さらに、Hik33の下流に位置するRreとしてRre26とRre31を同定した。
2.Hik33は本研究発足当初には低温センサーとして同定されていた。しかしHik33は低温のみならず高浸透圧ストレス、高塩濃度ストレス、光ストレス、酸化ストレスの検知にも関わっていることを明らかにした。この結果から、Hik-Rre二成分系は従来考えられていたような単純なものではないことがわかった。すなわち、環境変化の検知にかかわるHik33はそれ自体は各シグナルに対する特異性を持たない。この事実は、各シグナルに対して特異性を持つ未知因子が存在し、Hik33と強調してそれぞれの環境ストレスを特異的なシグナルとして検知し、それぞれのシグナルに特異的な遺伝子のセットの発現を制御していることを強く示唆している。
3.Synechocystisに存在する12種類のセリン・スレオニン・キナーゼのうちの2種がHik33とともに低温シグナルの伝達に関与していることを明らかにした。また、DNAの高次構造(スーパーコイリング)の変化もまた低温検知に関わっ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 Synechostis sp. PCC6803 by water efflux via aquaporins regulates the osmostress 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
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Indentical Hik-Rre systems are involved in perception and transduction of salt signals and hyperosmotic signals but regulate the expression of indivisual 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)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [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)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [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
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Histidine kinase Hik34 regulates the expression of heat-shock genes and is involved in thermotolerance in Synechocystis (2005)
  • 著者名/発表者名: I.Suzuki, Y.Kanesaki, J.J.Hall, A.Slabas, N.Murata
  • 雑誌名: Plant Physiol. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identical Hik-Rre systems perceive and transduce salt signals and hyperosmotic signals but regulate the expression of distinct sets of genes 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: J. Biol. Chem. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」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, T.Suzuki, N.Murata
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 279 ページ: 13234-13240
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Gene expression profiling reflects physiologycal 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, N.Murata, I.Suzuki, M.Hagemann
  • 雑誌名: Plant Physiology 136 ページ: 3290-3300
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [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] 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 Biophysica Acta (Biomembrane) 1666 ページ: 142-157
  • 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: J. Biol. Chem. 279 ページ: 13234-13240
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [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, N.Murata, I.Suzuki, M.Hagemann
  • 雑誌名: Plant Physiol. 136 ページ: 3290-3300
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [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, M.Tanticharoen, I.Suzuki, N.Murata
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 53078-53086
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [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: Biochim. Biophys. Acta (Biomembrane) 1666 ページ: 142-157
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Gene engineered rigidification of membrane lipids enhances the cold inducibility of gene expression in Synechosystis. (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Inada, I.Suzuki, B.Szalontai, Y.Kanesaki, D.A.Los, H.hayashi, N.Murata
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 278 ページ: 12191-12198
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Indentification of histidine kinases that act as sensors in the perception of salt stress in synechocystis sp strain PCC 6803. (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Marin, I.Suzuki, K.Yamaguchi, H.Yamamoto, K.Ribbeck, Y.Kanesaki, M.Hagemann, N.Murata
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100 ページ: 9061-9066
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Gene engineered rigidification of membrane lipids enhances the cold inducibility of gene expression in Synechosystis. (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Inaba, I.Suzuki, B.Szalontai, Y.Kanesaki, D.A.Los, H.Hayashi, N.Murata
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 12191-12198
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of histidine kinases that act as sensors in the perception of salt stress in Synechocystis sp. strain PCC 6803. (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Marin, I.Suzuki, K.Yamaguchi, H.Yamamoto, K.Ribbeck, Y.Kanesaki, M.Hagemann, N.Murata
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100 ページ: 9061-9066
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Salt stress and hyperosmotic stress regulate the expression of different sets of genes in Synechocystis sp. PCC 6803. (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Kanesaki, I.Suzuki, S.I.Allakhverdiev, K.Mikami, N.Murata
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 290 ページ: 339-348
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Proteomic study of the soluble proteins from the unicellular cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803 using automated MALDI-tof peptide mass fingerprinting. (2002)
  • 著者名/発表者名: W.J.Simon, J.J.Hall, I.Suzuki, N.Murata, A.R.Slabas
  • 雑誌名: Proteomics 2 ページ: 1735-1742
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The histidine kinase Hik33 perceives osmotic stress and cold stress in Synechocystis sp. PCC 6803. (2002)
  • 著者名/発表者名: K.Mikami, Y.Kanesaki, I.Suzuki, N.Murata
  • 雑誌名: Molecular Microbiology 46 ページ: 905-915
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A two-component Mn^<2+>-sensing system negatively regulates expression of the mntCAB operon in Sunechocystis. (2002)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, I.Suzuki, H.Yamamoto, A.Lyukevich, I.Bodrova, D.A.Los, T.Piven, V.Zinchenko, M.Kanehisa, N.Murata
  • 雑誌名: Plant Cell 14 ページ: 2901-2913
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Salt stress and hyperosmotic stress regulate the expression of different sets of genes in Synechocystis sp. PCC 6803. (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Kanesaki, I.Suzuki, S.I.Allakhverdiev, K.Mikami, N.Murata
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 290 ページ: 339-348
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The histidine kinase Hik33 perceives osmotic stress and cold stress in Synechocystis sp. PCC 6803 (2002)
  • 著者名/発表者名: K.Mikami, Y.Kanesaki, I.Suzuki, N.Murata
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 46 ページ: 905-915
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A two-component Mn2+-sensing system negatively regulates expression of the mntCAB operon in Synechocystis. (2002)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, I.Suzuki, H.Yamamoto, A.Lyukevich, I.Bodrova, D.A.Los, I.Piven, V.Zinchenko, M.Kanehisa, N.Murata
  • 雑誌名: Plant Cell 14 ページ: 2901-2913
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cold-regulated genes under control of the cold sensor Hik33 in Synechocystis. (2001)
  • 著者名/発表者名: I.Suzuki, Y.Kanesaki, K.Mikami, N.Murata
  • 雑誌名: Molecular Microbiology 40 ページ: 235-244
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cold-regulated genes under control of the cold sensor Hik33 in Synechocystis. (2001)
  • 著者名/発表者名: I.Suzuki, Y.Kanesaki, K.Mikami, N.Murata
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 40 ページ: 235-244
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より