非ミトコンドリア型呼吸鎖複合体Iが駆動する微生物の新たな呼吸機構

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本研究では、ミトコンドリア呼吸鎖複合体 I の祖先型と予想される NADH 酸化モジュールを欠失した非ミトコンドリア呼吸鎖複合体 I に着目し、その微生物ゲノム分布や分子進化、さらには機能解明を通して微生物祖先が有していたと推測される新たな呼吸経路を解明し、呼吸酵素複合体の分子進化に迫ることを目的とする。今年度の主な研究成果は以下の 2 点である。(1) ゲノム情報を用いたバイオインフォマティクス解析を行った。相同性検索によって NADH 酸化モジュールを持たない呼吸鎖複合体 I 様遺伝子群が幅広いバクテリアおよびアーキアゲノムに分布していることが明らかとなった。周辺遺伝子解析から遺伝子クラスターを抽出し、複合体においてイオン輸送や電子伝達を担うサブユニット構成などの特徴を明らかにした。さらに、AlphaFold2 を用いた立体構造予測から呼吸鎖複合体 I には見られない新奇の立体構造上の特徴を見出すことに成功した。これらの成果は、非ミトコンドリア型呼吸鎖複合体 I の多様性を明らかにし、新たな呼吸経路の存在を示唆するものであった。また、NADH酸化モジュールが呼吸鎖複合体 I と独立して複数の微生物ゲノムに分布することも明らかになりつつある。(2) 非ミトコンドリア型の呼吸鎖複合体 I を有する好熱性 Bacilli 綱細菌について、培養系の確立とマーカーレス遺伝子欠損株作製に向けた遺伝子組換え系の基盤構築に成功した。構造機能解析に向けた遺伝学的研究も進めていく予定である。