東大、細菌における新規酸化ストレス防御機構の発見と解析など研究成果を発表

細菌における新規酸化ストレス防御機構の発見と解析



＜発表者＞
　佐藤由也（東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命工学専攻　博士課程２年）
　亀谷将文（富山県立大学　生物工学研究センター　研究員、独立行政法人　日本学術振興会特別研究員ＤＣ；当時）
　伏信進矢（東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命工学専攻　准教授）
　若木高善（東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命工学専攻　教授）
　新井博之（東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命工学専攻　助教）
　石井正治（東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命工学専攻　准教授）
　五十嵐泰夫（東京大学大学院農学生命科学研究科　応用生命工学専攻　教授）


＜発表概要＞
　好熱性水素細菌において、新規の酸化ストレス防御酵素が働いていることを発見しました。この酵素は本菌が好気的に生育するために必須であり、これまで知られていた酵素の祖先型であることが示唆されました。

＜発表内容＞
　酸素は地球上に豊富に存在する分子であり、多くの生物が酸素を使った呼吸によりエネルギーを獲得しています。しかし酸素を細胞内に取り入れる事にはリスクも伴い、酸素の利用により発生する活性酸素種は生体分子にダメージを与えるため、生物はそれらから身を守る防御システムを有しています。一方、古い進化的起源を有する古細菌や一部の細菌からは、酸素存在下では生育できないものが多く見つかっています。本研究で取り扱っているＨｙｄｒｏｇｅｎｏｂａｃｔｅｒ　ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓも古い起源を有する細菌の一つで、酸化ストレスに弱い代謝系を持っています。しかし、本菌は例外的に酸素存在下で旺盛に生育します。そのため我々は、本菌の酸化ストレス防御機構に着目し、解析を行いました。

　我々はゲノム情報から、あるタンパク質（Ｆｅｒｒｉｐｅｒｏｘｉｎ（Ｆｐｘ）と命名）に着目しました。Ｆｐｘは、他の菌で活性酸素種分解酵素として機能することが知られているＲｕｂｒｅｒｙｔｈｒｉｎ（Ｒｂｒ）と相同性を示しました。しかし、Ｒｂｒは２つのドメインから構成されているのに対し、Ｆｐｘはその片方のドメインしか持っていませんでした。我々はＦｐｘの機能解析を進め、活性酸素種分解能を持つことを明らかにしました。細胞内での機能を明らかにするため、この遺伝子を破壊した株を構築しました。様々な酸素濃度での本菌の生育を観察すると、遺伝子破壊株は酸素が多く存在する環境では生育できないことが分かり、この酵素が好気的な生育に必須であることが示されました。さらに、立体構造のモデリング解析と他のホモログとの配列比較により、Ｆｐｘが熱安定性に有利な構造をとっていることが示唆されました。また、系統解析からは、ＦｐｘはＲｂｒの祖先型であることが示唆されました。

　進化的に古い起源を有する本菌が、進化的に古いと思われる酸化ストレス防御機構を持つことは興味深いことです。本研究の結果は生物の酸素関連代謝の進化を論じる上で重要であると考えられます。


　※以下の資料は添付の関連資料を参照
　　・【図１】ｆｅｒｒｉｐｅｒｏｘｉｎとｒｕｂｒｅｒｙｔｈｒｉｎの比較
　　・【図２】ｆｐｘ遺伝子破壊株の生育曲線


＜発表雑誌＞
　雑誌名：「ＰＬｏＳ　ＯＮＥ」（オンライン版）
　　　　　ＵＲＬ：http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0034825
　　　　　ＤＯＩ：１０．１３７１／ｊｏｕｒｎａｌ．ｐｏｎｅ．００３４８２５
　論文タイトル：Ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｇａｉｎｓｔ　Ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　Ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ　Ｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ　Ｂａｃｔｅｒｉｕｍ　Ｈｙｄｒ ｏｇｅｎｏｂａｃｔｅｒ　ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ
　著者：佐藤由也、亀谷将文、伏信進矢、若木高善、新井博之、石井正治、五十嵐泰夫