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2020 年度 実績報告書

バクテリアにおけるエネルギー代謝ステート遷移の分子機構

研究課題

研究課題/領域番号 18H02124
研究機関東京工業大学

研究代表者

田中 寛  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60222113)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードエネルギー代謝ステート / 大腸菌 / シアノバクテリア / 中央代謝経路 / 明暗環境応答
研究実績の概要

本研究は、微生物細胞が内的・外的な環境変化に応じて引き起こす大規模な代謝状態の変換プロセス(代謝ステート遷移)に注目し、その分子機構の解明を目的としている。
従属栄養バクテリアとして大腸菌を用い、エネルギー源として資化する炭素源変化に対応した代謝ステート遷移の研究を進めた。限定量のグルコースとカザミノ酸を炭素源とするバッチ培養系を用いることで、グルコース枯渇に伴う代謝ステート遷移モデル系としている。まず、酢酸オーバフロー代謝経路のptaやackA遺伝子の欠損株でこのステート遷移が阻害されることを発見した。そして引き続き、この欠損が細胞内ピルビン酸の蓄積、酢酸生成の阻害を介して最終的に2オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ(OGDH)の活性化を阻害することで、代謝ステート遷移を妨げていることを明らかにした。これは、ピルビン酸がピルビン酸デヒドロゲナーゼ(PDH)発現を脱抑制し、PDHの過剰発現が細胞内に限定量しか存在しないCoAとリポ酸の競合を介してOGDH活性化を阻害すること(1)。および酢酸がOGDH E2サブユニットへのリポ酸修飾を活性化すること(2)によると考えられた。PDHとOGDHの2種の巨大なデヒドロゲナーゼ複合体の活性調節が、細胞のエネルギー獲得代謝の大枠を決めている可能性が高く、ここで見えてきた新規かつ高次の代謝調節機構の提唱を今後とも進めていこうと考えている。
独立栄養バクテリアとしてはシアノバクテリアを用いて研究を行なった。シアノバクテリアは明所では光を、暗所では異化的糖代謝にエネルギー源を切り替える。光の有無に顕著に応答するRNAポリメラーゼシグマ因子、SigF1、SigF2に焦点を当てて研究を進め、それぞれの制御下の遺伝子群を同定するとともに関連因子も含めた調節モデルの構築を行なった。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] The Circadian Rhythm Regulator RpaA Modulates Photosynthetic Electron Transport and Alters the Preferable Temperature Range for Growth in a Cyanobacterium2021

    • 著者名/発表者名
      Hazuki Hasegawa, Tatsuhiro Tsurumaki, Sousuke Imamura, Kintake Sonoike and Kan Tanaka
    • 雑誌名

      FEBS Letters

      巻: published online ページ: -

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14075

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Establishment of a firefly luciferase reporter assay system in the unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae2021

    • 著者名/発表者名
      Baifeng Zhou, Sota Takahashi, Tokiaki Takemura, Kan Tanaka and Sousuke Imamura
    • 雑誌名

      Journal of General and Applied Microbiology

      巻: 67 ページ: 42-46

    • DOI

      10.2323/jgam.2020.02.003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Proteomic analysis of haem-binding protein from Arabidopsis thaliana and Cyanidioschyzon merolae2020

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Shimizu, Rintaro Yasuda, Yui Mukai, Ryo Tanoue, Tomohiro Shimada, Sousuke Imamura, Kan Tanaka, Satoru Watanabe and Tatsuru Masuda
    • 雑誌名

      Philosophical Transactions in Royal Society B

      巻: 375 ページ: 20190488

    • DOI

      10.1098/rstb.2019.0488

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ESCRT machinery mediates cytokinetic abscission in the unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae2020

    • 著者名/発表者名
      Fumi Yagisawa, Takayuki Fujiwara, Tokiaki Takemura, Yuki Kobayashi, Nobuko Sumiya, Shin-ya Miyagishima, Soichi Nakamura, Yuuta Imoto, Osami Misumi, Kan Tanaka, Haruko Kuroiwa and Tsuneyoshi Kuroiwa
    • 雑誌名

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      巻: 8 ページ: 169

    • DOI

      10.3389/fcell.2020.00169

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 大腸菌における代謝ステート遷移機構の解析:2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ活性化における酢酸とリポ酸化の役割2021

    • 著者名/発表者名
      中澤 昂太 、田中 寛
    • 学会等名
      日本農芸化学会 2021年度(令和3年度)大会
  • [学会発表] シアノバクテリアにおいて時計制御因子RpaAが光合成電子伝達制御を介して増殖至適温度を制御する2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川葉月、鶴巻達大、今村壮輔、園池公毅、田中寛
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] シアノバクテリアと紅藻葉緑体に保存された二成分制御系による多様な光強度変化に際した転写制御2021

    • 著者名/発表者名
      安田 暉、伊南 大地、今村 壮輔、田中 寛、華岡 光正
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] シアノバクテリアヒスチジンキナーゼNblSは進化の過程で消失したPSII結合型センサーである2021

    • 著者名/発表者名
      鶴巻 達大、田中 寛
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 原始紅藻における光シグナル伝達に関わるE3ユビキチンリガーゼCul4複合体の解析2021

    • 著者名/発表者名
      小林 勇気、北川 美也子、吉川 瞳子、大原 ひかる、華岡 光正、今村 壮輔、田中 寛
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 単細胞紅藻シゾンにおける窒素欠乏応答転写因子 MYB1 の活性化調節機構2021

    • 著者名/発表者名
      Zhou Baifeng、島 弘季、五十嵐 和彦、田中 寛、今村 壮輔
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会

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公開日: 2021-12-27  

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