赤痢アメーバにおける鉄硫黄タンパク質の生合成機構の解明

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鉄硫黄クラスターは生物界で幅広く保存され、呼吸・電子伝達・酸化還元・窒素同化などの重要な代謝反応に関与する。本研究では赤痢アメーバにおける鉄硫黄クラスター生合成機構を分子論的に解明し、原虫の寄生適応・病原機構における役割を明らかにすることを目的に研究を行った。更に鉄硫黄クラスター生合成の基質となるシステイン・セリンの生合成機構の分子論的解明を行った。鉄硫黄クラスター生合成は、NIF, ISC, SUFと呼ばれる3種類の独立した経路で行われ、各経路の存在・局在は生物種に依存している。赤痢アメーバは触媒酵素であるNifSと足場タンパク質であるNifUからなるNIF経路のみを有しており、これは真核生物では前例がなかった。本年度は鉄硫黄クラスター生合成に機能的種特異性は存在しないこと、NIF経路が嫌気的鉄硫黄クラスター生合成にのみに機能することを明らかにした。更に、ISC, SUFがオルガネラに局在するのに対してNIF経路が細胞質に局在することをエピトープ標識したNifS/Uを発現した形質転換体を用いて明らかにした。更に、セリン生合成経路の分子論的解明では、赤痢アメーバにセリン生合成(リン酸化経路)及び分解(非リン酸化経路)の二つの経路が存在することが明らかとなった。他の寄生性原虫ではこれらの代謝経路が欠質した生物が多いのと対照的であった。特にフォスフォセリンアミノ転移酵素(PSAT)のセリン生合成における役割を明らかにし、組換え酵素の生化学的解析と大腸菌PSAT欠質変異体を用いた解析により、赤痢アメーバPSATの優れたインビトロ触媒能力がインビボでも反映していることを明らかにした。以上、本原虫におけるセリン代謝の重要性が強く示唆された。今後DNAマイクロアレイによるトランスクリプトミクス解析によりセリン・システイン代謝及び鉄硫黄クラスター生合成経路の相互作用が明らかにされると予想される。