細菌細胞表層への体腔提示と体腔への高分子ターゲッティング機構

体腔向细菌细胞表面的呈现和聚合物向体腔的靶向机制

基本信息

批准号：
10145229
负责人：
村田幸作
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞内で合成された高分子物質が、細胞外に分泌される過程に関しては特殊な分子機構が提出されているが、細胞が高分子物質を取り込む機構は殆ど不明である。微生物細胞が高分子物質を資化する場合には、先ず、菌体外酵素によって高分子物質を低分子化し、生じた低分子化物を取り込むのが一般的である。しかし、本研究で扱うSphingomonas属細菌(A1株)では、低分子化酵素は細胞質に存在し菌体外に分泌されない。また、A1株は、微生物学の歴史の中で初めて見い出した細胞表層に特殊な体腔を有する細菌であり、その体腔に高分子物質を濃縮する。従って、体腔を介した極めて斬新な高分子物質取り込み機構の存在が予想される。本研究では、微生物細胞が高分子物質(多糖アルギン酸)を細胞内に取り込む分子機構を明らかにすることを目的とした。先ず、高分子アルギン酸の細胞内取り込みに変異を有する株AL-Lを誘導した。次に、定法に従ってAL-L株の変異を相補する9kbのDNA断片をクローニングし、その全一次構造を決定した。その結果、取り込み遺伝子群が見い出された。本遺伝子群は、高分子物質取り込みの特異的膜トランスポーター[透過酵素領域(0.6kb)、ATPase領域(1.1kb)]をコードしており、微生物の高分子物質取り込み系の存在を初めて明らかにした。以上の結果より、高分子アルギン酸は、先ず、体腔に濃縮された後、トランスポーターによって細胞内に取り込まれ、細胞内で低分子化及び資化が行われることが判明した。これは、微生物細胞の高分子利用機構の新規発見である。尚、本研究で購入したタイテック振とう恒温槽LT-10F(470干円)は、本研究を遂行する上で非常に有用であった。

虽然对于细胞内合成的高分子物质分泌到细胞外的过程提出了特殊的分子机制，但细胞摄取高分子物质的机制在很大程度上是未知的。当微生物细胞同化聚合物时，通常首先使用胞外酶将聚合物还原为低分子量物质，然后摄取所得的低分子物质。然而，在本研究中使用的鞘氨醇单胞菌（菌株A1）中，低分子量酶存在于细胞质中，并且不分泌到细菌细胞外。另外，A1菌株是微生物学史上首次发现的一种在其细胞表面具有特殊体腔的细菌，其体腔内浓缩有高分子物质。因此，预计存在一种极其新颖的通过体腔摄取大分子物质的机制。本研究的目的是阐明微生物细胞将聚合物（海藻酸多糖）吸收到细胞中的分子机制。首先，我们诱导了菌株 AL-L，该菌株在细胞内摄取高分子量海藻酸方面存在突变。接下来，根据标准方法克隆了与AL-L突变互补的9kb DNA片段，并确定了其完整的一级结构。结果，发现了一组整合基因。该基因组编码用于摄取大分子物质的特定膜转运蛋白[渗透酶区域(0.6 kb)、ATP酶区域(1.1 kb)]，并首次揭示了微生物大分子物质摄取系统的存在。上述结果表明，高分子海藻酸首先浓缩在体腔内，然后被转运蛋白摄入细胞内，并转化为低分子量分子并在细胞内被同化。这是微生物细胞大分子利用机制的新发现。为了本研究而购买的Taitec恒温振荡槽LT-10F（470日元）对于本研究的开展非常有用。