環境ストレスセンサーの研究

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14086207
• 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: 環境センサー / ヒスチジンキナーゼ / レスポンス・レギュレーター / ラン藻 Synechocystis sp.PCC 6803 / ヒスチジンキナーゼ / 高浸透圧ストレス / 水チャンネル

研究概要

ラン藻Synechocystis sp.6803において高浸透圧ストレス条件下で遺伝子発現を活性化する因子として働く環境ストレスセンサーとそれらと協調して働くレスポンス・レギュレーターをシステマティック・ゲノミクスの手法により同定した。
1.ヒスチジン・キナーゼから種々の環境センサーを同定する研究
ラン藻Synechocystisの全てのヒスチジン・キナーゼ遺伝子とレスポンスレギュレーター遺伝子のノックアウト・ライブラリーを高浸透圧ストレス条件下での遺伝子発現パターンをDNAミクロアレイ法により網羅的に解析した結果、高浸透圧ストレスセンサーとしてHik33、Hik34、Hik10、Hik16、Hik41及び転写調節因子としてRre31、Rre1、Rre3、Rre17を同定した。これらの因子のノックアウト株では、それぞれ異なる遺伝子の塩ストレス誘導的な発現が抑制されることから、これらが高浸透圧ストレスにより活性化される二成分系であることが明らかになった。これらの二成分系は塩ストレスの二成分系とは全く同じであるにも関わらず、ストレスの違いによって異なったセットの遺伝子を誘導した。これらの事実から、各ストレスに対して特異性を示す未知因子(タンパク質)の存在を予測した。それらの同定は今後の需要な研究テーマである。
2.通常の条件で培養したSynechocystisに0.5M Sorbitol条件下の高浸透圧をかけると野生株では細胞質の体積が約40%に収縮する。それに対してSynechocystisに1個しか存在しない水チャンネルの遺伝子をノックアウトした変異株で同様の浸透圧をかけても全く収縮がみられない。この高浸透圧による遺伝子発現をDNAミクロアレイを用いて調べると、多くの高浸透圧誘導性遺伝子の発現がみられた。これらの結果から、高浸透圧の検知においては、細胞質膜やペリプラズムの構造変化は重要な役割を果たしていないことがわかった。

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] 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, N.Murata, I.Suzuki, M.Hagemann
  • 雑誌名: Plant Physiology 136 ページ: 3290-3300
• [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
• [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