環境変化に対する細胞の適応応答の研究ー大腸菌リン酸レギュロンの調節機構ー

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63440087
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中田 篤男 大阪大学, 微生物病研究所, 教授 (80029769)
• 研究分担者: 雨村 光子 大阪大学, 微生物病研究所, 教務職員 (80159467) ; 牧野 耕三 大阪大学, 微生物病研究所, 助手 (20181620) ; 品川 日出夫 大阪大学, 微生物病研究所, 助教授 (40029799)
• キーワード: 大腸菌 / 遺伝子発現制御 / リン酸レギュロン / in vitro転写系 / シグナル伝達 / ヒスチジン・蛋白・キナ-ゼ / 感応レギュレ-タ- / 転写活性化因子

研究概要

本研究の目的は、大腸菌のリン酸レギュロンを研究対象として、生物が外界あるいは環境の刺激や変化を感知し、そのシグナルを細胞質内で伝達して、遺伝子発現の制御と連結する機構を分子レベルで解明しようとするものである。大腸菌のリン酸レギュロンは、培地中の無機リン酸濃度による制御を受け、phoBとphoRが正の制御を、phoRとpst-phoUオペロンが負の制御を行なっている。我々はすでに、PhoB蛋白がリン酸レギュロン遺伝子のプロモ-タ-領域のリン酸ボックスと結合して、転写ホロ酵素による転写をアクチベ-トすることを証明した。遺伝学的解析から、PhoBがアクチベ-タ-の活性をもつためにはPhoRによる活性化が必要であると考えられる。
本年度は、(1)PhoR蛋白質によるPhoB蛋白質の活性化機構を明らかにした。PhoRのアミノ末端の内膜結合領域を欠失したphoR1084遺伝子を作成し、それが単独で発現できるようにした。これはPhoBを活性化する機能をもっていた。PhoR1084蛋白は分離精製が可能で、in vitroでATPからリン酸を受け取り(自己リン酸化)、さらにPhoBをリン酸化する機能をもち、リン酸化したPhoBが転写のアクチベ-タ-として働くことを証明した。すなわち、PhoRは二因子制御系の同様の機能をもつ他の蛋白と同様、ヒスチジン・蛋白質・キナ-ゼであることを証明した。また、(2)phoBおよびphoR突然変異株の遺伝子を解析し、同様の制御系の感応レギュレ-タ-としての機能ドメインに突然変異があることを明らかにした。さらに、(3)腸内細菌である赤痢菌と肺炎桿菌のphoB-phoRの解析から、赤痢菌志賀株ではphoRの機能がなく、他の株および肺炎桿菌では機能があること、phoBはいずれも正常機能をもつことを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Kimura,S.,K.Makino,H.Shinagwa,M.Amemura,and A.Nakata.: "Regulation of the phosphate regulon of Escherichia coli:characterization of the promoter of the psts gene." Mol.Gen.Genet.215. 374-380 (1989)
• [文献書誌] Kasahar,M.,K.Makino,M.Amemura,and A.Nakata.: "Nucleotide sequence of the ugpQ gene encoding glycerophosphoryl diester phosphodiesterase of Escherichia coli K-12." Nucleic Acids Res.17. 2854 (1989)
• [文献書誌] Yamad,M.,K.Makino,M.Amemura,H.Shinagawa,and A.Nakata.: "Regulation of the phosphate regulon of Escherichia coli:analysis of mutant phoB and phoR genes causing different phenotypes." J.Bacteriol.171. 5601-5606 (1989)
• [文献書誌] Makino,K.,H.Shinagawa,M.Ameura,T.Kawamoto,M.Yamada,and A.Nakata.: "Signal transduction in the phosphate regulon of Escherichia coli involves phosphotransfer between PhoR and PhoB proteins." J.Mol.Biol.210. 551-559 (1989)
• [文献書誌] Lee,T.-Y.,K.Makino,H.Shinagawa,M.Amemura,and A.Nakata.: "Phosphate regulation in the Enterobacteriaceae:comparison of the phoB-phoR operons of Escherichina coli,Shigella dysenteriae,and Klebsiella pneumoniae." J.Bacteriol.171. 6593-6599 (1989)
• [文献書誌] Yamada,M.,K.Makino,H.Shinagawa,and A.Nakata.: "Regulation of the phosphate regulon of Escherichia coli:properties of phoR deletion mutants and subcellular localization of PhoR protein." Mol.Gen.Genet.(1990)
• [文献書誌] 中田篤男:第4章リン酸レギュロンの制御系とその機能p.71〜94: "分子生物学の進歩4分子生物学会編 遺伝子の発現と制御I由良隆 飯野徹雄 石浜明 深沢俊夫 編集" 丸善株式会社, 296 (1989)