Reorganization of metabolic pathways by controlling iron utilization mechanism

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本研究は，鉄硫黄クラスタータンパク質（Fe-Sタンパク質）が酵母細胞内で形成される過程を解析し，その機能発現量を制御するメカニズムを明らかにするとともに，タイプの異なる複数のFe-Sタンパク質を実験対象として一般化されるメカニズムを同定し，代謝工学に応用することを目的としている。従来の遺伝子工学ではFe-Sタンパク質の比活性を3倍以上向上させた例は無く，本研究ではまず，酸化的キシロース資化経路のボトルネック酵素であるキシロン酸デヒドラターゼ（XylD）を対象に比活性の向上を試みる。具体的には，XylDホロタンパク質形成に関与する可能性のある鉄代謝関連因子，硫黄代謝関連因子，鉄硫黄クラスター形成関連因子の発現を欠損あるいは強発現させた状況でXylD遺伝子を強発現させる。続いて，この株の詳細解析を行うことで，Fe-Sタンパク質の機能発現メカニズムの解明につながる数多くの新規データ創出に繋げる。メカニズムの解析と検証は代謝工学的手法により行うが，メタボロームの時間変化解析等から鉄硫黄クラスタータンパク質機能発現につながる因果関係の抽出を目指している。Caulobacter crescentus由来XylDの実験からは，Tyw1の発現強化とBol2の欠損の組み合わせで相対的に最も高い活性を示したことから，2Fe-2S型Fe-Sタンパク質の機能発現には，細胞内への鉄イオンの取り込みが関与していることが強く示唆された。XylDと同じタンパク質ファミリーに属するホスホグルコン酸デヒドラターゼ（PGD），タンパク質ファミリーの異なる4Fe-4S型のFe-Sタンパク質である4-ヒドロキシ-3-メチル-2-ブテニルピロリン酸シンターゼ（IspG）や4-ヒドロキシ-3-メチル-2-ブテニルピロリン酸レダクターゼ（IspH）に対しても，機能発現メカニズムを解析する研究を開始した。