研究課題
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、細胞内で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。したがって、病原菌が病原菌にとっての外部環境である宿主由来のヘム濃度を感知するヘムセンサーの存在は合理的であるが、長らくその実体は不明であった。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から界面活性剤を用いて、ChrSタンパク質を可溶化、精製し、次いで、リン脂質膜(リポソーム)に埋め戻した。こうした再構成ChrSは自己リン酸化活性を有しており、ヘムを加えることでリン酸化活性の上昇が確認された。一方、コバルトプロトポルフィリンなどのヘム以外の金属ポルフィリンではリン酸化活性の上昇は見られず、ChrSタンパク質がヘムのみを認識するヘムセンサーであることを立証した。本研究は病原菌の細胞膜にあるヘムを感知するセンサーの機能を世界で初めてタンパク質のレベルで明らかにしたものである。また、レスポスレギュレータータンパク質であるChrAを精製し、再構成したChrSからChrAへのヘム依存的リン酸基転移反応を試験管内で再現することにも成功した。
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Structure 17
ページ: 1333-1344
FEBS Lett. 583
ページ: 2244-2248
