合成生物学的アプローチによる鉄硫黄クラスター合成系の反応機構と多様性の解析

鉄硫黄（Fe-S）クラスターは鉄と硫黄から構成されるシンプルな形の金属コファクターだが、その生合成には複雑な多成分酵素系（マシナリー）が関与することが知られている。大腸菌は2種類のFe-Sクラスター生合成系（ISCとSUFマシナリー）を有しており、それぞれが独立してクラスターを合成しているが、これらを二重に破壊すると合成致死となるため、これまで詳細な遺伝学的解析が行われていなかった。一方、最近私は大腸菌のイソプレノイド合成経路を放線菌由来のメバロン酸経路に代謝改変することにより、クラスター生合成系の必須性を回避できることを見出した。この発見により、クラスター形成関連遺伝子群を自在に操作・解析して、その影響を正確に評価することができるようになった。そこで本年度は、この実験系を用いてISCマシナリーの中心成分であるIscU（クラスターの新規形成の足場）の機能解析を進めた。1.HscA/HscB （HSP70型シャペロン／コシャペロン）はISCマシナリーのクラスター形成機能に必須であるが、HscA/HscBの欠損をバイパスする二次的な変異をIscUの分子内部に同定した。クラスター形成反応においてHscA/HscBがIscUの構造変化を引き起こし、クラスター移行反応を促進させる可能性が考えられる。2.IscU Tyr3を他のアミノ酸に置換すると機能不全となるが、IscSの活性部位近傍の二次的なサプレッサー変異によって機能が回復する（平成26年度）。本年度では（野生型／機能不全型）IscUと（野生型／サプレッサー変異型）IscSをそれぞれ精製し、IscU-IscS間の相互作用および硫黄原子の受け渡し活性を調べたところ、IscU Tyr3がIscSから硫黄原子受け渡しの際の相互作用に重要であることを見出した。IscU Tyr3はIscSの活性部位近傍の構造変化を引き起こし、硫黄原子の移行反応を促進させる分子スイッチとして機能する可能性がある。

鉄硫黄（Fe-S）クラスターは鉄と硫黄から構成されるシンプルな形の金属コファクターだが、その生合成には複雑な多成分酵素系（マシナリー）が関与することが知られている。大腸菌は2種類のFe-Sクラスター生合成系（ISCとSUFマシナリー）を有しており、それぞれが独立してクラスターを合成しているが、これらを二重に破壊すると合成致死となるため、これまで詳細な遺伝学的解析が行われていなかった。一方、最近私は大腸菌のイソプレノイド合成経路を放線菌由来のメバロン酸経路に代謝改変することにより、クラスター生合成系の必須性を回避できることを見出した。この発見により、クラスター形成関連遺伝子群を自在に操作・解析して、その影響を正確に評価することができるようになった。そこで本年度は、この実験系を用いてISCマシナリーの中心成分であるIscU（クラスターの新規形成の足場）の機能解析を進めた。1.HscA/HscB （HSP70型シャペロン／コシャペロン）はISCマシナリーのクラスター形成機能に必須であるが、HscA/HscBの欠損をバイパスする二次的な変異をIscUの分子内部に同定した。クラスター形成反応においてHscA/HscBがIscUの構造変化を引き起こし、クラスター移行反応を促進させる可能性が考えられる。2.IscU Tyr3を他のアミノ酸に置換すると機能不全となるが、IscSの活性部位近傍の二次的なサプレッサー変異によって機能が回復する（平成26年度）。本年度では（野生型／機能不全型）IscUと（野生型／サプレッサー変異型）IscSをそれぞれ精製し、IscU-IscS間の相互作用および硫黄原子の受け渡し活性を調べたところ、IscU Tyr3がIscSから硫黄原子受け渡しの際の相互作用に重要であることを見出した。IscU Tyr3はIscSの活性部位近傍の構造変化を引き起こし、硫黄原子の移行反応を促進させる分子スイッチとして機能する可能性がある。