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

利用合成生物学方法分析铁硫簇合成体系的反应机理和多样性

• 批准号: 14J12351
• 负责人: 田中 尚志
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J12351/
• 关键词: 鉄硫黄クラスター; 鉄硫黄タンパク質; 生合成マシナリー; 分子生物学; 生合成; マシナリー

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。

Iron objects sulfur (Fe -s) ク ラ ス タ ー は iron objects と sulfur か ら constitute さ れ る シ ン プ ル の な shape metal コ フ ァ ク タ ー だ が, そ の biosynthesis に は complex 雑 な multicomponent enzyme system (マ シ ナ リ ー) が masato and す る こ と が know ら れ て い る. Coliform は 2 kinds の Fe -s ク ラ ス タ ー raw GeChengXi (ISC と SUF マ シ ナ リ ー) を have し て お り, そ れ ぞ れ が independent し て ク ラ ス タ ー を synthetic し て い る が, こ れ ら を double に broken 壊 す る と synthetic lethal と な る た め, こ れ ま で detailed な line but 伝 learn analytical が わ れ て い な か っ た. Side, recent private は coliform の イ ソ プ レ ノ イ ド synthetic 経 road を actinomycetes origin の メ バ ロ 経 road に ン acid metabolism change - す る こ と に よ り, ク ラ ス タ ー raw GeChengXi の necessity を avoid で き る こ と を shows し た. こ の 発 see に よ り, ク ラ ス タ ー form masato even heritage 伝 subgroup を comfortable に operation, parsing し て, そ の を に correct appraisal of 価 す る こ と が で き る よ う に な っ た. そ こ で は this year, こ の be を 験 department with い て ISC マ シ ナ リ ー の center composition で あ る icsu (ク ラ ス タ ー の new rules form の foot) analytical を の function into め た. 1. HscA/HscB (HSP70 シ ャ ペ ロ ン / コ シ ャ ペ ロ ン) は ISC マ シ ナ リ ー の ク ラ ス タ ー formation function に must で あ る が, HscA/HscB の owe loss を バ イ パ ス す る quadratic な - different を icsu の molecular internal に be し た. ク ラ ス タ ー formed the 応 に お い て HscA/HscB が icsu の structure - the を lead き up こ し, ク ラ ス タ ー transitional anti 応 を promote さ せ る possibility が exam え ら れ る. 2. The icsu Tyr3 を he の ア ミ ノ acid に replacement す る と insufficiency と な る が, IscS の active site of nearly alongside の secondary な サ プ レ ッ サ ー - different に よ っ て reply function が す る (pp.47-53 26 year). This year で は (wild type/insufficiency type) icsu と (wild type / サ プ レ ッ サ ー - alien) IscS を そ れ ぞ れ refined し, icsu - の interaction between IscS お よ び の sulfur atoms by crossing け し activity を adjustment べ た と こ ろ, icsu Tyr3がIscS ら ら sulfur atoms are affected by け <s:1> inter<s:1> <s:1> interactions に important である とを とを とを とを are seen as た た. Icsu Tyr3 は IscS の active site を lead き up nearly alongside の structure - こ の し, sulfur atoms transition anti 応 を promote さ せ る molecular ス イ ッ チ と し て function す る possibility が あ る.

项目成果

Genetic and biochemical analysis of IscU, a central component of Fe-S cluster biosynthesis machinery

Fe-S簇生物合成机制的核心组成部分IscU的遗传和生化分析

• 发表时间: 2015
• 作者: Naoyuki Tanaka;Miaki Kanazawa;Tomohisa Kuzuyama;Yasuhiro Takahashi
• 通讯作者: Yasuhiro Takahashi

鉄硫黄クラスター生合成系（ISCマシナリー）におけるIscUの構造変換の意義

IscU结构转变在铁硫簇生物合成系统（ISC机械）中的意义

• 发表时间: 2014
• 作者: 田中尚志;松嶋夢叶;北村整一;和田啓;福山恵一;高橋康弘
• 通讯作者: 高橋康弘

イソプレノイド生合成系を改変した大腸菌における鉄硫黄クラスター生合成 系の解析

用改良的类异戊二烯生物合成系统分析大肠杆菌中的铁硫簇生物合成系统

• 发表时间: 2014
• 作者: 田中尚志;葛山智久;高橋康弘
• 通讯作者: 高橋康弘

鉄硫黄クラスター生合成系の完全欠損変異株を用いたISCマシナリーの再検討

使用铁硫簇生物合成系统完全缺陷的突变菌株重新检查 ISC 机制

• 发表时间: 2015
• 作者: 田中尚志;金澤美秋;外崎敬太郎;葛山智久;高橋康弘
• 通讯作者: 高橋康弘

鉄硫黄クラスターの生合成を担うISCマシナリーの機能解析

负责铁硫簇生物合成的ISC机器的功能分析

• 发表时间: 2014
• 作者: 田中尚志;葛山智久;高橋康弘
• 通讯作者: 高橋康弘