新奇酵素反応による細菌のプロテオスタシス制御：我々とは異質な酸化ストレス適応戦略

通过新型酶反应控制细菌蛋白质稳态：一种与我们不同的氧化应激适应策略

基本信息

批准号：
20K15446
负责人：
今井岳志
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Hyogo Prefectural Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では各種の酸化ストレスに対して当該の酵素がどのような役割を果たすかを多角的に評価し、細菌の多様化に繋がった、我々とは異質な酸化ストレスへの適応戦略を明らかにすることを目指している．本研究計画は①酵素反応における当該酵素の諸性質解明、②オーソログの活性確認と破壊株作製、③破壊株においてタンパク質のアグリゲーションを定量、④進化生物学的な位置づけの解明、の４つの実施項目に分かれている．今年度は特に①において当該酵素YjbIが活性中心に持つヘムがどのように持続的に抗酸化の役割を果たしているかという点に注目した．ヘムは大気中の酸素と結びつき、容易に周囲の分子を酸化するため、既知のヘムタンパク質を還元性の分子中に添加すると自動酸化が緩やかに進行する．そのため、同じくヘムタンパク質であるYjbIが自動酸化の性質を持っているならば、これまでに明らかにしてきた菌体表面の大気下で果たす抗酸化の役割と矛盾することになる．そこで、実際にいくつかの還元剤存在下でYjbIによる自動酸化を定量化してみた．その結果、他のヘムと比較して、YjbIが著しく自動酸化しづらいことが明らかとなった．これは、YjbIがこれまでに知られている典型的なヘムタンパク質に当てはまらない、特殊な仕組みを持つことやYjbIが生理機能として抗酸化反応を担っていることを裏付けるものとなった．機序の詳細は不明ではあるが、昨年度実施したポイントミューテーションの結果からその重要性が明らかとなった、活性中心付近のチロシン残基などの電子リッチな残基が、ヘム周辺に近づいた還元性の分子が酸化されることを防いでいる可能性がある．

这项研究旨在从各个角度评估酶对各种氧化应激的作用，并阐明导致细菌多样化的氧化应激的适应策略，这与我们的氧化应激的多样化。该研究项目分为四类：1）在酶反应中阐明酶的性质，2）直系同源物的活性和产生破坏性菌株的认证，3）破坏性菌株中蛋白质聚集的定量，以及4）阐明进化生物学位置。今年，我们特别关注1中的以下几点：活跃酶YJBI的血红素如何发挥持续的抗氧化作用。血红素与大气中的氧气有关，并容易氧化周围的分子，因此将已知的血红素蛋白添加到还原分子中会减慢自氧化的发展。因此，如果YJBI（也是血红素蛋白）具有自氧化的特性，则与先前揭示的抗氧化作用不一致。因此，我们量化了在存在几种还原剂的情况下YJBI引起的自氧化。结果，据表明，YJBI比其他HEMES的自氧化可能性要小得多。这证实YJBI具有一种特殊的机制，该机制不适用于迄今已知的典型血红素蛋白，并且YJBI负责抗氧化反应作为生理功能。尽管机理细节尚不清楚，但可能会在现场中心附近富含电子的残基，例如活性中心附近的酪氨酸残基，这在去年进行的点突变的重要性中显而易见，从而阻止了降低的分子接近Heme，从而无法被氧化。