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2015 年度 実績報告書

酸化的リン酸化-活性酸素の同時可視化及びミトコンドリアの自己組織化機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25440068
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

柄谷 肇  京都工芸繊維大学, 分子化学系, 教授 (10169659)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード生物発光 / 発光細菌 / 大腸菌 / lux遺伝子 / 酸化的リン酸化 / 活性酸素種 / 蛍光タンパク質 / 可視化
研究実績の概要

酸化的リン酸化並びに高酸素濃度条件下などの酸化的リン酸化において過渡的且つ局所的に大量に発生する活性酸素種の可視化について検討を進めた。観測では発光細菌の発光関連遺伝子(lux遺伝子)で形質転換して得た生物発光大腸菌(以下BL大腸菌)を真核細胞ミトコンドリアモデルとして2015年度も使用した。これまでの実験系を改善して検討した結果、BL大腸菌コロニーに対して、酸素刺激を付加した時に同心円的に中心に向かって伝播する特異的な動的発光の観測に成功し、時間を変数として動的パターンを解析した。
解析結果より高濃度酸素条件下、酸化的リン酸化反応が細胞間で同期することの可能性が発光挙動より示唆された。この結果はまた生物発光が酸化的リン酸化のシグナルとして有用であることも実証するものである。液体培地の系においてもBL大腸菌の発光挙動を酸素濃度及び時間を変数として詳しく調べ、発光パターン形成の分子メカニズムを酸化的リン酸化反応と関連付けて提案した。成果は論文にし、投稿中(Photochem. Photobiol. Sci.)である。
過酸化水素感受性遺伝子katG'遺伝子を融合したlux遺伝子で形質転換したBL大腸菌系において、活性酸素に誘導される生物発光挙動を詳しく調べた。特に呼吸阻害を惹起する物質の摂取と発光の影響を調べた結果、一部の有害物質では添加後十数分で生物発光の惹起が認められ、lux遺伝子に起因する生物発光が呼吸作用と密接に分子リンクしていることがより詳しく示唆された。また一連の実験結果より、増殖時の呼吸活性の増大と関連して活性酸素種が多量に生じていることが生物発光をシグナルとして示唆された。
さらにkatG'を融合した発光細菌由来青色蛍光タンパク質(Y1-Blue)コード遺伝子で形質転換した大腸菌を用いた観測の結果、呼吸活性あるいは酸化的リン酸化活性の変動との関連が予想される活性酸素種を細胞レベルで可視化できる可能性が示唆された。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [学会発表] Sensing of toxic substances causative of cellular respiratory inhibition using luminous Escherichia coli2016

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Ihara, Daiki Okamoto, Hajime Karatani
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      京田辺市、同志社大学京田辺キャンパス
    • 年月日
      2016-03-26 – 2016-03-26
  • [学会発表] Visualization of toxic substance in environmental water by using blue fluorescent Escherichia coli2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Ihara, Daiki Okamoto, Hajime Karatani
    • 学会等名
      Pacifichem 2015 Congres
    • 発表場所
      アメリカ合州国、ホノルル市、ハワイコンベンションセンター
    • 年月日
      2015-12-16 – 2015-12-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Bioluminescent sensing of toxic substance in environmental water by using luminous Escherichia coli2015

    • 著者名/発表者名
      Hajime Karatani, Daiki Okamoto, Yutaka Ihara
    • 学会等名
      Pacifichem 2015 Congres
    • 発表場所
      アメリカ合州国、ホノルル市、ハワイコンベンションセンター
    • 年月日
      2015-12-16 – 2015-12-16
    • 国際学会
  • [学会発表] 活性酸素感受性生物発光大腸菌による環境毒性物質の迅速生物発光センシング2015

    • 著者名/発表者名
      柄谷肇、伊原裕、岡本大希
    • 学会等名
      第5回4大学連携研究フォーラム
    • 発表場所
      京都市、京都工芸繊維大学
    • 年月日
      2015-11-25 – 2015-11-25
  • [学会発表] 活性酸素種感受性生物発光大腸菌による環境有害物質のセンシング2015

    • 著者名/発表者名
      岡本大希, 伊原裕, 柄谷肇
    • 学会等名
      日本化学会 5th CSJ
    • 発表場所
      東京都江戸川区タワーホール船堀
    • 年月日
      2015-11-25 – 2015-11-25
  • [学会発表] 形質転換青色蛍光大腸菌による環境水中の毒性物質の可視化2015

    • 著者名/発表者名
      伊原裕, 岡本大希, 柄谷肇
    • 学会等名
      日本分析化学会第64年会
    • 発表場所
      福岡市、九州大学伊都キャンパス
    • 年月日
      2015-09-09 – 2015-09-09
  • [学会発表] ROS感受性生物発光大腸菌による環境有害物質の生物発光センシング2015

    • 著者名/発表者名
      柄谷肇, 岡本大希, 伊原裕
    • 学会等名
      日本分析化学会第64年会
    • 発表場所
      福岡市、九州大学伊都キャンパス
    • 年月日
      2015-09-09 – 2015-09-09

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公開日: 2017-01-06  

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