シアノバクテリアの異化細胞形成過程における細胞内酸素ダイナミクスの解明

阐明蓝细菌分解代谢细胞形成过程中的细胞内氧动力学

基本信息

批准号：
18K06150
负责人：
野亦次郎
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

分子状酸素(O2)は、生物にとって最も重要なガス分子の1つである。酸素は呼吸、免疫、活性酸素種の生成、クロロフィル生合成など多様な生化学反応において利用される。また、酸素が転写因子や酵素を直接的に活性化（不活性化）するなど、シグナル分子としてはたらくことも報告されている。しかし、生体内の酸素濃度やその変動に関する知見は今日でも限定的である。糸状性ラン藻Anabaena sp.PCC7120(A.7120)は、窒素固定能を有し、窒素欠乏条件下におかれると細胞十数個おきにヘテロシストと呼ばれる異化細胞を分化する。ヘテロシストは、酸素感受性の窒素固定酵素ニトロゲナーゼを酸素から保護するため、その内部を低酸素化すると考えられているが、ヘテロシスト分化において細胞内が低酸素化されていく過程はこれまで明らかにされていない。申請者は昨年度、細菌に由来する天然の酸素センサータンパク質（DosP; Direct oxygen sensor protein）のヘム結合領域（DosH）と蛍光タンパク質を組み合わせることで、細胞内の酸素濃度をモニター可能な蛍光タンパク質プローブを作成し、in vitroにおける酸素の検出や酸素濃度定量に成功した。この新規の酸素センサータンパク質を ANA(anaerobic/aerobic sensing fluorescence protein)と名付けた (Nomata and Hisabori,2018, Sci.Rep.)。本年度は、ANAのin vivoでの利用に向けた改変を行い、酸素存在下におけるシグナル変化率の大幅な改善、およびプロテアーゼ耐性を付与に成功した

分子氧（O2）是生物体最重要的气体分子之一。氧气用于多种生化反应，包括呼吸，免疫力，活性氧的产生和叶绿素生物合成。还报道了氧充当信号分子，直接激活（灭活）转录因子和酶。但是，有关人体氧气浓度及其变化的发现，如今仍受到限制。丝状蓝细菌Anabaena sp。 PCC7120（A.7120）具有氮固定能力，当它处于氮缺乏条件下时，它会区分每十个左右细胞称为杂环的分解代谢细胞。为了保护对氧敏感的氮固定酶，杂环被认为是缺氧，以保护对氧气敏感的氮固定酶氮酶免受氧气的侵害，但是在异质细胞分化过程中细胞在异质细胞分化过程中均未阐明细胞缺氧的过程。去年，申请人创建了一种荧光蛋白探针，可以通过结合天然细菌氧气传感器蛋白（DOSP）和荧光蛋白的血红素结合区（DOSH）来监测细胞内的氧浓度，并在体外成功检测到氧。这种新型的氧气传感器蛋白称为ANA（厌氧/有氧感测荧光蛋白）（Nomata和Hisabori，2018，Sci.Rep。）。今年，我们对体内使用进行了修改，并成功提高了氧气和赋予蛋白酶耐药性的信号变化速率。