原虫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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鉄硫黄クラスター合成は呼吸・電子伝達・窒素同化などにおいて重要な役割を果たす。しかしながら、寄生性原虫での鉄硫黄クラスター合成の分子機構は全く不明であった。そこで嫌気性寄生性原虫赤痢アメーバをモデル生物として、原虫における鉄硫黄クラスター生合成に関与する遺伝子とタンパク質を特定し、その酵素学的な解明を行うことを目的として研究を行った。その結果、赤痢アメーバには他の真核生物と全く異なる鉄硫黄クラスター生合成機構が存在することが明らかとなった。Nif,Isc,Sufと3種類知られる鉄硫黄クラスター生合成機構のうち、赤痢アメーバにはNifのみが存在した。赤痢アメーバはシステインからの硫黄の遊離に関わる触媒コンポーネントであるNifSと、一時的に鉄硫黄クラスターを形成・保持するNifUと呼ばれる足場コンポーネントを有していた。アミノ酸の一次配列の比較及び系統発生解析から、赤痢アメーバのNifS,NifU遺伝子・タンパク質は、ピロリ菌などのイプシロンプロテオバクテリアの祖先生物から水平転移で獲得されたと予想された。原虫粗抽出液をイオン交換クロマトグラフィーで展開し、酵素アッセイと特異的抗体を用いたイムノブロットを行ったところ、NifSが原虫内の主要で、おそらく唯一の触媒活性を担うことが明らかとなった。更にIscとSuf経路の両方を欠損させた大腸菌株を用い、赤痢アメーバのNifSとNifU発現による機能的相補化を試みたところ、好気的条件下では相補化が起こらなかったのに対して、嫌気的条件下では欠損大腸菌の増殖並びに鉄硫黄クラスター生合成の機能を相補した。以上のことから、赤痢アメーバは真核生物で唯一Nif経路を有する生物であり、嫌気的条件下での鉄硫黄クラスター生合成に関与していることが明らかとなった。