シアノバクテリアの異化細胞形成過程における細胞内酸素ダイナミクスの解明

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分子状酸素(O2)は、生物にとって最も重要なガス分子の1つである。酸素は呼吸、免疫、活性酸素種の生成、クロロフィル生合成など多様な生化学反応において利用される。また、酸素が転写因子や酵素を直接的に活性化（不活性化）するなど、シグナル分子としてはたらくことも報告されている。しかし、生体内の酸素濃度やその変動に関する知見は今日でも限定的である。糸状性ラン藻Anabaena sp.PCC7120(A.7120)は、窒素固定能を有し、窒素欠乏条件下におかれると細胞十数個おきにヘテロシストと呼ばれる異化細胞を分化する。ヘテロシストは、酸素感受性の窒素固定酵素ニトロゲナーゼを酸素から保護するため、その内部を低酸素化すると考えられているが、ヘテロシスト分化において細胞内が低酸素化されていく過程はこれまで明らかにされていない。申請者は昨年度、細菌に由来する天然の酸素センサータンパク質（DosP; Direct oxygen sensor protein）のヘム結合領域（DosH）と蛍光タンパク質を組み合わせることで、細胞内の酸素濃度をモニター可能な蛍光タンパク質プローブを作成し、in vitroにおける酸素の検出や酸素濃度定量に成功した。この新規の酸素センサータンパク質を ANA(anaerobic/aerobic sensing fluorescence protein)と名付けた (Nomata and Hisabori,2018, Sci.Rep.)。本年度は、ANAのin vivoでの利用に向けた改変を行い、酸素存在下におけるシグナル変化率の大幅な改善、およびプロテアーゼ耐性を付与に成功した