細菌情報伝達機構による環境適応システムネットワークの研究

基于细菌信号转导机制的环境适应系统网络研究

• 批准号: 18J14641
• 负责人: 三宅 裕可里
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Hosei University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J14641/
• 关键词: 大腸菌二成分制御系; CRISPR-Casシステム; HoSeI法; 適応増殖; 一細胞分析; 多重遺伝子欠失株; OmpRファミリー; LytTファミリー; ピルビン酸応答

(1)大腸菌TCS遺伝子破壊株の構築大腸菌ゲノム上のセンサーキナーゼ（SK）遺伝子30種類、レスポンスレギュレーター（RR）遺伝子34種類を標的として、CRISPR-Casシステムを利用した新規大腸菌ゲノム編集法（HoSeI法）により単一遺伝子破壊株と全SK遺伝子破壊株(ΔSK株)、全RR遺伝子破壊株(ΔRR株)を単離した。(2)細菌ゲノムの全情報伝達機構による環境応答システムネットワークの解明大腸菌TCSの内、機能性と制御標的が未解明であったPyrSRについて7種の新規標的遺伝子を同定した。加えて、2つのTCSシステムBtsSRとPyrSRの細胞外ピルビン酸濃度依存的な応答性変化、TCSシステム間クロストークを明らかとした。次に大腸菌ゲノム上の全TCS遺伝子の網羅的な発現プロファイルを調べた結果、大腸菌は既存のストレス応答に加えて、より温和な環境変化に対してもTCSを機能させている可能性が示唆された。さらにΔSK株、ΔRR株、親株W3110 type Aについて全ゲノム配列解析を行った。3菌株の種々の環境下での増殖解析およびオミクス解析から、大腸菌細胞はTCSを介して細菌が環境シグナルに対して感知、応答、適応の3段階を経て発揮する「適応増殖」能を発揮しているものと考えられ、貧栄養条件下では特にRRが重要な役割を担っていることが示された。また、富栄養条件下でのタンパク質・RNA発現プロファイルからTCSは様々な大腸菌細胞内システムを制御しており、かつその寄与は環境シグナル非依存的であることが予想される。さらに大腸菌細胞内で増殖相を通して安定的に存在し、かつポジティブフィードバック調節を行うPhoP、PhoB、OmpRの3つのRRに着目した。顕微鏡観察で得た一細胞分析データの統計解析により増殖への寄与を調べた結果、これらのRRの適応増殖における重要性を明らかとした。

(1)构建大肠杆菌TCS基因破坏菌株利用CRISPR-Cas系统的新型大肠杆菌基因组编辑方法（HoSeI方法），针对30种传感器激酶（SK）基因和34种反应调节因子（RR） ）大肠杆菌基因组上的基因），我们分离出一个单一基因破坏的菌株、一个全SK基因破坏的菌株（ΔSK菌株）和一个全RR基因破坏的菌株（ΔRR菌株）。 (2)阐明基于细菌基因组整个信息转导机制的环境响应系统网络确定了PyrSR的7个新靶基因，其功能和调控目标在大肠杆菌TCS中尚未阐明。此外，我们还揭示了两个 TCS 系统（BtsSR 和 PyrSR）响应性的变化，具体取决于细胞外丙酮酸浓度以及 TCS 系统之间的串扰。接下来，我们研究了大肠杆菌基因组中所有TCS基因的综合表达谱，发现除了现有的应激反应之外，大肠杆菌还可能在应对较温和的环境变化时发挥TCS作用。此外，还对ΔSK株、ΔRR株和亲本株W3110 A型进行了全基因组序列分析。对三种菌株在不同环境中的生长分析和组学分析表明，大肠杆菌细胞表现出“适应性生长”能力，该能力通过TCS感知、响应和适应环境信号三个阶段发生。在寡营养条件下发挥特别重要的作用。此外，营养丰富条件下的蛋白质和 RNA 表达谱表明 TCS 调节大肠杆菌中的各种细胞内系统，并且其贡献独立于环境信号。此外，我们关注了三种RR：PhoP、PhoB和OmpR，它们在大肠杆菌细胞的整个生长阶段稳定存在并执行正反馈调节。通过对显微镜观察获得的单细胞分析数据进行统计分析，研究了这些RR对增殖的贡献，结果阐明了这些RR在适应性增殖中的重要性。

项目成果

Epistatic Effect of Regulators to the Adaptive Growth of Escherichia coli

调节剂对大肠杆菌适应性生长的上位效应

• DOI: 10.1038/s41598-020-60353-3
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 4.6
• 作者: Miyake Yukari;Yamamoto Kaneyoshi
• 通讯作者: Yamamoto Kaneyoshi

新しいゲノム編集技術HoSeI法を開発

开发新基因组编辑技术HoSeI方法

Measurement of the Promoter Activity in Escherichia coli by Using a Luciferase Reporter

使用荧光素酶报告基因测定大肠杆菌中的启动子活性

• DOI: 10.21769/bioprotoc.3500
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 0.8
• 作者: Yamanaka Yuki;Watanabe Hiroki;Yamauchi Erika;Miyake Yukari;Yamamoto Kaneyoshi
• 通讯作者: Yamamoto Kaneyoshi

大腸菌高保存性レスポンスレギュレーターファミリーの適応増殖能における役割

大肠杆菌高度保守的反应调节家族在适应性生长能力中的作用

• 发表时间: 2019
• 作者: 三宅 裕可里;菅原 真悟;山本 兼由
• 通讯作者: 山本 兼由

Regulatory roles of pyruvate-sensing two-component system PyrSR (YpdAB) in Escherichia coli K-12

丙酮酸传感双组分系统 PyrSR (YpdAB) 在大肠杆菌 K-12 中的调节作用

• DOI: 10.1093/femsle/fnz009
• 发表时间: 2019
• 影响因子: 2.1
• 作者: Miyake Yukari;Inaba Tatsuya;Watanabe Hiroki;Teramoto Jun;Yamamoto Kaneyoshi;Ishihama Akira
• 通讯作者: Ishihama Akira