学位論文要約（博士（理学））
論文著者名
岩舘佑未論文題名：
Genetic Analyses of the Genes Involved in Stationary Phase Oxidative Stress Tolerance in Escherichia coli
（邦題）：大腸菌の定常期における酸化ストレス耐性に関与する遺伝子群の 遺伝学的解析（英文）
本文
大腸菌は哺乳類の腸内や宿主外環境に生息する。このような自然環境では、
バクテリアの生育を支えるほどの充分な栄養源がない場合があり、大腸菌は増 殖が静止した定常期の状態で長い期間生存する。大腸菌の定常期の生存に関わ る遺伝子群を同定することは、近縁の病原性細菌と共通するような定常期の特 性の理解に重要である。本研究では、定常期の生存機構の中でも酸化ストレス 耐性に関与する遺伝子群の探索を行い、以下の３種の遺伝子群を同定すること に成功した。
定常期の中でも特にリン酸飢餓の状態は酸化ストレスが発生することが知ら れる。そこでリン酸飢餓で働く酸化ストレス耐性に関わる遺伝子の同定を行っ た。リン酸飢餓により発現が誘導される遺伝子群の中で、酸化ストレスによっ て発現が著しく誘導される機能未知遺伝子
ytfK
に注目し、その破壊株を作製し て調べたところ、硝酸存在下で過酸化水素に感受性になることが分かった。そ こで細胞の過酸化水素分解活性を調べたところ、ytfK
はカタラーゼG
による過 酸化水素の除去に関与することがわかった。そこでカタラーゼG
の発現を調べ る系を用いて調べたところ、ytfK
はカタラーゼG
の転写調節に関与する因子で あることが分かった。さらにリン酸飢餓における生存にも関与することが分か った。大腸菌ではリン酸飢餓によって酸化ストレスが発生することが知られて いる。ytfK
はリン酸飢餓の時に働く酸化ストレス耐性機構の一つとして重要で あることが示唆された。さらに網羅的に遺伝子を探索するために、多くの遺伝子群を一度に扱える利 点をもつ、広域欠損変異を組み合わせて作製されたゲノム縮小株を用いて定常 期 の 酸 化 ス ト レ ス 耐 性 に 関 わ る 遺 伝 子 の 探 索 を 行 っ た 。 パ ラ コ ー ト 同 様
Redox-cycling drug
のメナジオンに対する感受性を調べたところ、メナジオン耐性に関わる染色体領域を特定することができた。そのうちのひとつ
46kb
の染色体領域からメナジオン耐性に関与する遺伝子として
selAB
を同定した。selAB
はセレノシステインの合成に必要な遺伝子である。大腸菌で唯一セレノシステ インを利用するギ酸脱水素酵素の遺伝子群に着目したところ、ギ酸脱水素酵素 の遺伝子群がselAB
の下流でメナジオン耐性に関与することが分かった。ギ酸 脱水素酵素はグルコース代謝に関わる酵素群の中で唯一モリブデンコファクタ ーを持つ。モリブデンコファクターの酵素への挿入にはFdhD
シャペロンが必 須であり、酵素活性に欠かせないプロセスである。ところが、微好気条件ではFdhD
シャペロンを欠損した株でギ酸脱水素酵素の遺伝子を破壊するとメナジ オンに感受性になることを発見した。このFdhD
シャペロンに依存しないギ酸 脱水素酵素の機能は、微好気条件でグルコースがある時の定常期の生存にも関 与することが分かった。ギ酸脱水素活性とは別のギ酸脱水素酵素の機能は、グ ルコースから生ずる還元力を処理することで活性酸素種の発生を抑える広い意 味での酸化ストレス耐性に働くことが示唆された。ゲノム縮小株のスクリーニングによって特定した
36kb
の染色体領域から、メ ナジオン耐性に関与する遺伝子として機能未知のaegA
を同定した。aegA
とそ のパラログのygfT
の遺伝子発現を調べたところ、両者とも好気条件下で発現量 が低下することが分かった。ygfT
遺伝子は尿酸のトランスポーターの遺伝子の 隣に位置することから、尿酸への応答を調べたところygfT
遺伝子は尿酸によっ て発現量が高くなることが分かった。そこで、尿酸を培地に加えて定常期まで 培養した時のRedox-cycling drug
への耐性を調べたところygfT
破壊株はRedox-cycling drug
に 感 受性 にな る ことが 分 かっ た。aegA
とygfT
は 、Redox-cycling drug
耐性に関わり、さらに大腸菌では知られていない尿酸の利用に関わる可能性が示唆された。
本研究で同定した遺伝子群は、酸化ストレス耐性に重要な２つのステップの うち、いわゆる活性酸素種の処理のステップに働く遺伝子と、活性酸素種を発 生させない処理、つまり広い意味での酸化ストレス耐性機構に働く遺伝子であ ることが考えられた。
