How can chemotaxis sensors in environmental bacteria sense multiple amino acids?

环境细菌中的趋化传感器如何感知多种氨基酸？

基本信息

批准号：
21H02106
负责人：
加藤純一
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02106/
关键词：
走化性センサー物質認識機構環境細菌ケモセンサー走化性

项目摘要

Pseudomonas protegens CHA0のCtaBが感知できるアミノ酸数は4つのみである。10以上のアミノ酸を感知できるVibrio choleraeのMlp37でアミノ基との結合に関与するD172に対応するCtaBの残基はAlaであることから、この残基をAspに置換したCtaB変異体を作成したところ、本来CtaBが感知できないArgを感知できるようになっていた。Argの感知に関わる部位を特定するために、Arg類似体としてオルニチン、アグマチン、シトルリン、グアニジンに対する走化性を調べた結果、Argのアミノ基、カルボキシル基、グアニジノ基がCtaB変異体による感知に関与していることが分かった。19アミノ酸を感知するCtaAはArgも感知できる。そこで、Arg感知の感度を比較すべく、種々の濃度に対するCtaA及びCtaB変異体のArg感知能を調べた。その結果、CtaB変異体のArgに対する感度はCtaAよりも高いことが分かった。CtaBのA172をGlu、His、Arg、Lysに置換した変異体を作成したが、いずれもArgを感知できなかった。このことからCtaB-D172変異体がArgを感知するのには、負チャージを持った側鎖が必須で、さらに鎖長がC2であることが示唆された。2つのアミノ酸を感知するCtaCもD172に相当する位置のアミノ酸残基はAlaである。そこで、CtaBと同様にAspに置換したCtaC変異体を作成した。このCtaC変異体はArgを感知できなかった。このことから、CtaBとCtaCのD172に相当する残基以外のアミノ酸残基を比較検討すれば、CtaB変異体のArg感知能の獲得のメカニズムを理解できるのではないかと考えた。

保护假单胞菌CHA0的CtaB能够感知的氨基酸数量只有4个。由于与霍乱弧菌 Mlp37 中的氨基结合有关的 D172 对应的 CtaB 残基（可感知 10 多个氨基酸）是 Ala，因此我们创建了一个 CtaB 突变体，其中该残基被 Asp 取代。检测到Arg成为可能，而CtaB原本无法检测到Arg。为了确定参与 Arg 传感的位点，我们研究了 Arg 类似物对鸟氨酸、胍丁胺、瓜氨酸和胍的趋化性，发现 Arg 的氨基、羧基和胍基参与了 CtaB 突变体的传感。发现确实如此。 CtaA 可以感应 19 个氨基酸，也可以感应 Arg。因此，为了比较Arg传感的灵敏度，我们研究了CtaA和CtaB突变体在不同浓度下的Arg传感能力。结果表明，CtaB突变体对Arg的敏感性高于CtaA。我们创建了突变体，其中 CtaB 的 A172 被 Glu、His、Arg 或 Lys 取代，但它们都不能感知 Arg。这表明带负电荷的侧链对于 CtaB-D172 突变体感知 Arg 至关重要，并且链长为 C2。在感知两个氨基酸的CtaC中，对应于D172的位置的氨基酸残基是Ala。因此，我们创建了一个CtaC突变体，其中Asp以与CtaB相同的方式被取代。该 CtaC 突变体无法感知 Arg。基于此，我们认为通过比较CtaB和CtaC中D172对应的残基以外的氨基酸残基，我们或许能够了解CtaB突变体获得Arg感应能力的机制。