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

非线粒体呼吸链复合物I驱动的微生物新呼吸机制

基本信息

批准号：
22K14816
负责人：
井上真男
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14816/
关键词：
呼吸鎖複合体分子進化微生物ゲノム好熱菌

项目摘要

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。

这项研究的重点是非中性呼吸链复合物I，该复合物I正在删除NADH氧化模块，该模块预计将是祖先类型的线粒体呼吸链复合物I的祖先类型，并旨在阐明新呼吸道通过微生物祖先的分配和分数的近距离运行，并阐明新的呼吸道途径。呼吸酶复合物的分子进化。今年的两个主要研究结果如下：（1）使用基因组信息进行生物信息学分析。同源性搜索表明，没有NADH氧化模块的呼吸链复合物I样基因分布在各种细菌和古细菌群中。从外周基因分析中提取基因簇，并阐明了诸如负责复合物中离子和电子转运的亚基结构之类的特征。此外，我们成功地发现了使用AlphaFold2的构象预测中未在呼吸链复合物I中看不到的新型构象特征。这些结果揭示了非7个呼吸链复合物I的多样性，并提出了新的呼吸道途径的存在。同样清楚的是，NADH氧化模块在多个微生物基因组中独立于呼吸链复合物I分布。（2）我们成功地建立了一个具有非单位性呼吸链复合物I的嗜热杆菌类细菌的转基因系统，以建立培养系统并创建无标记的基因缺陷菌株。还计划进行遗传研究进行结构功能分析。