低酸素シグナルによる糖異化制御メカニズムの解明

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本研究ではシアノバクテリアなどの微細藻類を用いて、暗嫌気条件における酸素シグナル伝達と、糖代謝の制御機構を解析した。シアノバクテリアの中でも特に使われているSynechocystis sp. PCC 6803（シネコシスティス）を用いて、遺伝子改変や培養の工夫、代謝産物の定量、酵素の生化学などを行なった。また、シアノバクテリアの知見を活かして、真核微細藻類であるユーグレナやシアニディオシゾンメローラ（通称シゾン）の研究も進めた。シネコシスティスでは、暗嫌気条件にすることで、転写や代謝が大きく変化し、水素やカルボン酸などの生産が行われる。シネコシスティスのクエン酸回路の酵素の１つであるリンゴ酸デヒドロゲナーゼ（citH）の過剰発現株を作製したところ、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸などのカルボン酸の生成量が増大した（Iijima et al. 2021 Metab Eng）。この原因を調べるために、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、クエン酸シンターゼ、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼの３つの酵素を試験管内で組み合わせ、in vitro代謝の再構成を行なった。その結果、pHが酸性側ではクエン酸回路が通常と逆の還元方向に進むことが明らかになった（Ito et al. 2021 Plant J）。このことから、暗嫌気条件でカルボン酸が生成されて細胞質のpHが酸性化すると、クエン酸回路の方向性が変わることが示唆された。これらの研究は酵素を中心にした代謝制御であるが、2022年度に転写制御も併せて、シアノバクテリアにおける暗嫌気条件のシグナル伝達を明らかにする予定である。