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生物は鉄を必須の金属元素として細胞内呼吸の電子伝達や酸素運搬に利用しており、恒常的に環境から摂取している。病原菌にとって主要な鉄源は感染宿主の血液ヘモグロビンであり、ヘモグロビン由来の鉄は主にヘムとして菌体内に取り込まれる。病原菌細胞内に取り込まれたヘムは直接ヘムとして利用されるほか、ヘムオキシゲナーゼによって分解を受ける。遊離した鉄は非ヘム鉄として、また、ポルフィリンに取り込まれ、再びヘムとして機能する。
ジフテリア菌のchrS、chrAは遺伝学的に発見されたヘム応答系遺伝子であるが、本研究代表者はChrSタンパク質を発現させた大腸菌細胞膜を用いて、ヘム特異的センサーとして機能していることを見出した。本年度はChrSタンパク質のヘム受容とリン酸化の分子基盤に迫ることを目標として、細胞膜からの可溶化、精製を行うた。ChrSは界面活性剤であるデシルマルトシド(DM)、ドデシルマルトシド(DDM)、シュクロースモノラウレート(SM)では可溶化されたが、オクチルグルコシドでは可溶化されなかった。DMで可溶化、精製したChrSでは自己リン酸化活性が失われていたが、リン脂質膜(リポソーム)に埋め戻すことでリン酸化活性が回復し、ヘムを加えることでリン酸化活性の上昇が確認された。しかし、DMで可溶化したChrSは単分散状態ではなく、何分子も凝集した集合体であることが判明した。一方、DDMやSMで可溶化精製したChrSは分散状態がよく、ゲルろ過カラムクロマトグラフィーによる解析から二量体であることを示唆する結果が得られた。そして、SMで可溶化精製したChrSをリポソームに再構成することでヘム依存的リン酸化活性を再現することに成功した。
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