多様な鉄硫黄クラスター合成システムの反応特性と微生物の生存戦略

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近年我々は、Fe-Sクラスター(Fe-S蛋白質のコファクター)の形成に必須な二種の独立した大腸菌マシナリー(ISC、SUF)を明らかにした。生物界には、さらにNIFを加えた三種類のFe-Sクラスター合成系が分布している。これらクラスター合成系のそれぞれの特性と共通原理の解明を目的として、本研究では以下の解析を進めた。1.大腸菌のiscとsufの二重欠損変異体が、ピロリ菌のnifSUによって相補されることを明らかにした。すなわちNIFマシナリーは、わずか2成分という最もコンパクトなFe-Sクラスター合成系として機能すること、またその一方で、酸素存在下では機能することができないという特性を見出した。窒素固定細菌やピロリ菌などに分布するNIFマシナリーは、嫌気的(微好気的)な環境への適応準化と捉えることができる(投稿準備中)。2.大腸菌のISC並びにSUF、好熱菌Aquifex aeolicusのISC、古細菌Sulfolobus tokodaiiのSUFマシナリーの構成成分について、各々単独、または複合体として過剰に発現させ、精製と機能解析を進めている。SufS+SufE、SufB+SufC+SufDが、それぞれ複合体を形成すること、また、AquifexのIscUは、意外にもFe-Sクラスター(中間体?)を結合した状態で精製できることを見出した。今後、これらの精製標品を用いて、in vitro実験系の確立を目指す。3.上記の精製タンパク質(複合体)の結晶化を試み、大腸菌のIscA、SufA、SufC、SufDとSufS+SufE複合体、SulfolobusのSufCとSufC+SufD複合体について結晶を得ることができた。そのうち、SufDとSufC+SufD複合体の結晶は良質であり、現在、重原子誘導体をスクリーニング中。大腸菌のIscXについては最近、構造決定を完了した。