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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、恒常的に環境や食物から摂取している。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され、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、本研究代表者が研究を開始するまではタンパク質の実体は捕らえられていなかった。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、精製した。次いで、円盤状新規リン脂質膜である、ナノディスクに埋め戻した。こうしたナノディスク再構成ChrSはリポソーム再構成系と異なり、水溶性機能タンパク質となり、自己リン酸化活性を有していた。また、ヘムを加えることでリン酸化活性の上昇が確認された。定量的解析から、ChrSタンパク質に対して、ヘム0.5等量で十分に活性化していたことから、ChrSタンパク質がダイマーで機能的単位となり、かつ、ヘム1分子の結合で濃度感知をしていることが示唆された。
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