拡散性シグナル因子ホモセリンラクトンの大腸菌における合成系と作用系の解析

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グラム陰性細菌の一部で、動植物への浸入、感染の初期過程にみられる菌体濃度依存的転写誘導は、拡散性化学シグナルとLuxRファミリーによる細胞間情報伝達系によって制御されている。大腸菌からも、LuxRホモローグSdiAが細胞分裂装置遺伝子ftsQAZに特異的な正の転写因子として報告されている。我々はSdiAがftsQAZ以外の何らかの酵素の発現も制御しているのではないかと考えた。そしてSdiAの過剰発現によって細胞内に27kDaのタンパク質が顕著に蓄積することをみつけた。アミノ酸配列を決定したところ、このタンパク質は一次胆汁酸脱水素酵素7α-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼであることが明らかとなった。そこでこの酵素の構造遺伝子hdhAを小原ライブラリーよりクローン化し、hdhA-lacZフュージョンによる解析とノーザン解析を行った。その結果、hdhAの総転写量は対数増殖期から定常期への増殖相移行に伴って20〜30倍に増加し、しかもhdhAの転写誘導はSdiAだけでなく増殖定常期特異的σ因子(σ38)にも依存していることが明らかとなった。さらにプライマー伸長法により、両因子は互いに34bp離れたプロモーターから別々に転写を制御し、対数増殖期にはSdiA依存的な転写が増加し続け、定常期突入直前で急速に減少、かわってσ38依存性の転写が一過的に起こっていることが示唆された。SdiA自身の発現はσ38に全く依存しないが、rpoS欠失株では対数増殖期のSdiA依存的なhdhAの転写量が増加した。化学シグナルの存在証拠は得られなかったが、SdiAとσ38による転写の独立二重制御はftsQAZでも機能しており、細胞分裂装置と二次胆汁酸合成酵素の発現が、増殖相の移行、もしくは細胞濃度上昇によって同様に転写制御されていると思われ、腸内環境における適応応答系の一例であることが期待される。今後、転写活性化の分子機構と二重制御の生理的意義についてさらに解析を進めたい。