Kai時計遺伝子の分子遺伝学的解析による概日振動の発生機構の解明

通过Kai时钟基因的分子遗传学分析阐明昼夜节律振荡的产生机制

• 批准号: 11233203
• 负责人: 近藤 孝男
• 金额: $ 30.78万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11233203/
• 关键词: シアノバクテリア; 概日時計; kai時計遺伝子; ネガティブフィードバック; 蛋白質相互作用; ATP; GTP結合能; 時計蛋白のリン酸化; センサーキナーゼ; ki時計遺伝子

シアノバクテリアの概日振動は時計蛋白質KaiCによるkaiBCプロモーターのフィードバック制御を骨格として発生していると考えられている(Ishiura et al. 1998)。この様式は真核生物の時計モデルと共通であるが、これまでのところ、真核生物の様に時計遺伝子の上流領域に対するKaiCの特異的な制御は確認されていない。そこで、シアノバクテリアの概日システムの特徴を裏付けている機構を探るべく、解析を行ない、以下の結果を得た。1)KaiCの過剰発現はkaiBCプロモーターのみならずすべてのプロモーターのリズム成分だけを選択的に抑制する。2)kaiBC欠損株において、大腸菌由来のプロモーターによりkaiCBを発現させた場合でも、発現レベルを調整すると、ほぼ完全な概日振動を回復することが出来た。従って、シアノバクテリアではKaiCは遺伝子発現の包括的制御を行っており、細胞の遺伝子発現を包括的に制御するとともに、概日振動の発生を実現していると考えられる。これを裏付けるためシアノバクテリアのKaiC蛋白質の細胞内の時計蛋白質の分布を調べ、KaiC蛋白質は膜画分と核様体に多く存在することを明らかにし,さらにKaiCのDNA結合能についても詳細な生化学データが蓄積しつつある。

据认为，蓝细菌中的昼夜节律振荡是基于钟链的反馈调节，该反馈是通过钟蛋白kaic对KAIBC启动子的反馈调节（Ishiura等，1998）。这种样式对于真核时钟模型来说是常见的，但是到目前为止，如真核生物中所述，尚未确认对时钟基因上游区域的KAIC调节。因此，进行了分析以探索支持蓝细菌昼夜节律系统特征的机制，并获得了以下结果。 1）KAIC过表达不仅抑制KAIBC启动子，还可以抑制所有启动子的节奏成分。 2）即使在KAIBC缺乏菌株中衍生自大肠杆菌的启动子表达KAICB，当调整表达水平时，几乎完全的昼夜振荡也可以恢复。因此，在蓝细菌中，KAIC全面调节基因表达，被认为能够全面调节细胞基因表达并实现昼夜节律振荡的产生。为了支持这一点，我们研究了蓝细菌KAIC蛋白细胞内的时钟蛋白的分布，并揭示了KAIC蛋白在膜分数和核苷中丰富，并且在KAIC的DNA结合能力上也积累了详细的生化数据。

项目成果

Nishiwaki T.: "Nucleotide binding and autophosphorylation of the clock protein KaiC as a circadian timing process of cyanobacteria"Proc. Natl. Acad. Sci.. 97. 495-499 (2000)

Nishiwaki T.：“时钟蛋白 KaiC 的核苷酸结合和自磷酸化作为蓝细菌的昼夜节律过程”Proc。

谷口靖人: "Two KaiA-binding domains of cyanobacterial circadian clock protein KaiC"FEBS Lett.. 496. 86-90 (2001)

Yasuto Taniguchi：“蓝藻生物钟蛋白 KaiC 的两个 KaiA 结合域” FEBS Lett.. 496. 86-90 (2001)

Kondo, T.: "The circadian clocks of plants and cyanobacteria"Trends Plant Sci.. 4. 171-176 (1999)

Kondo, T.：“植物和蓝细菌的生物钟”Trends Plant Sci.. 4. 171-176 (1999)

北山陽子: "KaiB functions as an attenuator of KaiC phosphorylation in the cyanobacterial clock system"EMBO Journal. (印刷中). (2003)

Yoko Kitayama：“KaiB 在蓝细菌时钟系统中充当 KaiC 磷酸化的衰减器”EMBO 杂志（2003 年）。

岩崎秀雄: "Histidine kinases in the cyanobacterial circadian system"Histidine kinases (Academic Press). (Book Chapter). 297-311 (2003)

Hideo Iwasaki：“蓝藻昼夜节律系统中的组氨酸激酶”组氨酸激酶（学术出版社）（书籍章节）297-311（2003）。