二成分御制系による炭素と窒素制御の共役と新規カタボライト制御機構の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14360060
• Research Institution: National Food Research Institute
• Principal Investigator: 伊藤 義文 食品総合研究所, 研究室長 (70135127)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 啓太郎 食品総合研究所, 研究員 (20353980)
• Keywords: 緑膿菌 / 二成分制御 / アルギニン / ヒスチジン / 窒素制御 / 代謝オペロン / ポリアミン / プロリン

Research Abstract

Pseudomonas aeruginosa(緑膿菌)PAO1株のアミノ酸及びポリアミンの代謝酵素遺伝子の発現は、CbrA-CbrB二成分制御系で制御されている。本年度は、アルギニン、プロリン、ヒスチジン、アグマチン、プトレシン、スペルミジン及びスペルミンの代謝酵素遺伝子の同定とCbrA-CbrBによる発現制御機構の解析を行った。本二成分制御系は、アルギニン・オルニチンの輸送系とArgRをコードするaot-argRオペロンのアルギニンによる誘導とヒスチジン・オペロン(hutUIFG)のヒスチジンによる誘導に直接関与していることを明らかにした。一方、プロリン代謝酵素遺伝子(putA)は、cbrAB欠損株でもプロリンによって正常に誘導されることから、本二成分系では制御されていないことが判明した。同様に、アグマチンの代謝遺伝子(aguAB)もcbrAB欠損株でアグマチンによって正常に誘導された。しかしながら、アグマチンの代謝に必要なプトレシン代謝酵素(プトレシントランスアミナーゼ)をコードするspuCを含むspuオペロンの発現は、CbrA-CbrBによって制御されていた。spuオペロンには、スペルミジンとスペルミンの輸送蛋白質がコードされているために、cbrAB変異株はアグマチン、プトレシン、スペルミジン、スペルミンを全て資化できなくなっていると推察された。ポリアミンで培養した細胞には、spuAプロモーターに結合する蛋白質が検出された。本DNA結合蛋白質の合成が、CbrA-CbrBの機能を必要とすることから、本二成分制御系はポリアミンによるDNA結合蛋白質の合成を介して、間接的にspuオペロンの発現を制御していることが示唆された。
上記の代謝オペロンを構成する遺伝子の機能を明らかにするとともに、プライマー伸長法を用いて各オペロンの転写開始点を決定し、プロモーターの位置を特定した。

Research Products

• [Publications] Yuji Nakada, Yoshifumi Itoh: "Identification of the putrescine biosynthetic enes in Pseudomonas aeruginosa and characterization of agmatine deiminase and N-carbamoylputrescine amidohydrolase of the arginine decarboxylase pathway"Microbiology. 149. 707-714 (2003)
• [Publications] Keiichi Hosokawa, Nyun-Ho Park, Takashi Inaoka, Yoshifumi Itoh, Kozo Ochi: "Streptomycin-resistant (rpsL) or rifampicin-resistant (rpoB) mutant in Pseudomonas putida KH146-2 confers enhaanced tolerance to organic chemicals"Environmental Microbiology. 4. 703-712 (2002)
• [Publications] Yuji Nakada, Yoshifumi Itoh: "Divergent Structure and Regulatory Mechanism of Proline Catabolic Systems : Characterization of the putAP Proline Catabolic Operon of Pseudomonas aeruginosa PAO1 and its Regulation by PutR, and AraC/XylS Family Protein"Journal of Bacteriology. 184. 5633-5640 (2002)
• [Publications] Chung-Dar Lu, Yoshifumi Itoh, Yuji Nakada, Ying Jiang: "Functional Analysis and REgulation of the Divergent spuABCDEFGH-spuI Operons for Polyaminine Uptake and Utilization in Pseudomonas aeruginosa"Journal of Bacteriology. 184. 3765-3773 (2002)
• [Publications] Yuji Nakada, Yoshifumi Itoh: "Chratcterization and Regulation of the gbuA Gene Encoding Guanidinobutyrase in the Arginine Dehydrogenase Pathway of Pseudomonas aeruginosa PAO1"Journal of Bacteriology. 184. 3377-3384 (2002)