● 小特集:枯 草菌ゲノムの分子生物学 ● 枯草菌ゲノムと遺伝子の特徴 小笠原直毅 ・定家義人 ・藤田昌也 ・吉田健一 ・藤田泰太郎 ・吉川博文 ・三輪泰彦 ・ 山本博規 ・関口順一 ・熊野みゆき ・山根國男 ・村田麻喜子 ・大木玲子 枯草菌全ゲノム配列から推定された4,100の 遺伝子のうち,枯 草菌を特徴づけるRNA合 Database Center for Life Science Online Service 成酵素の多型,シ ャペロン,カ タボライト抑制,細 胞壁溶解酵素遺伝子,薬 剤耐性遺伝子 などの細胞増殖関連遺伝子群を概観する.ゲ ノムシークエンスはわれわれの予想をこえた 多くの未発掘の類似,関 連遺伝子群を明らかにした.枯 草菌ゲノムにも種固有の遺伝子群 とともに種間に保存されている遺伝子群が多数散在する. Key words 【グ ラ ム 陽 性 胞 子 形 成 菌 】 【ゲ ノ ム シー ク エ ン ス 】 【ゲ ノムの遺 伝 子構成 】 【遺伝 子 重複 】 は じめ に バ ク テ リ ア と い え ど も遺 伝 子 の 同 定 は 変 異 株 の 表 現 型 に頼 ら ざ る を え な い.遺 草 菌 や 大 腸 菌 で す ら1,000程 い た に す ぎ な い.ゲ 伝解 析 の進 んだ枯 度 の 遺 伝 子 が 同 定 され て I.特 徴:オ ペ ロン構 造が 温存され 転写 と複 製方向が一 致 して いる枯草菌 ゲノム ノム シー クエ ンス の強力 な とこ ろ は ゲ ノ ム 上 の 遺 伝 子 を網 羅 した こ とで あ る.網 羅 さ れ 枯 草 菌 ゲ ノ ム[→ 今 月 のKey た 遺 伝 子 を 分 類 し て み る と,機 能 未 知 の 遺 伝 子 が 多 い Mbで,染 こ と と,進 化 の 過 程 で 遺 伝 子 重 複 が す さ ま じか っ た こ あ る環 状 ゲ ノ ム で あ る.全 とが 判 明 した.ゲ 了 しORFを ノ ム 上 に は どの ゲ ノ ム に も共 通 に保 存 され て い る遺 伝 子 もあ れ ば,ま い な い 珍 し い 遺 伝 子 も あ る.ゲ Words(p.1475)]は4.2 色 体 複 製 起 点 と終 結 点 が ほ ぼ 対 象 の 位 置 に ゲ ノム の シー クエ ンスが 完 検 索 し配 列 して み て 一 番 驚 くこ とは,遺 伝 だ 仲 間 の 発 見 され て 子 の 転 写 方 向 と染 色 体 複 製 方 向 が 非 常 に よ く一 致 して ノ ム 生 物 学 の 目 的 は遺 い る こ とで あ る1).枯 草 菌 と同 じグ ラム 陽 性 の マ イ コプ 伝 子 を網 羅 して 分 類 し,ゲ ノム構 成 の 意 味 を さ ぐ り,細 ラ ズ マ で も転 写 方 向 と複 製 方 向 が 一 致 し て い るが2),大 胞 機 能 を総 合 的 に解 析 す る こ とで あ る.枯 草 菌 の よ う 腸 菌 で は リ ボ ソー ム オ ペ ロ ン の み の 転 写 方 向 が 一 致 し に遺 伝 解 析 の 進 ん で い た ゲ ノ ム も シ ー ク エ ン ス が 完 了 て い る に す ぎ ず3),ほ か の バ ク テ リア で も同 様 で あ る. し て み る と,古 典 的 な 遺 伝 解 析 の 見 事 さ と と も に 遺 伝 遺 伝 子 の 転 写 方 向 と染 色 体 の 複 製 方 向 が 一 致 す るの は 解 析 の 限 界 が は っ き り見 え て く る. グ ラ ム 陽 性 菌 に 固 有 な こ とで あ ろ うか.も Yasutaro Fujita,福 山 大 学 工 学 部 生 物 工 学 科(〒729-0292 of Engineering,Fukuyama Naotake 現:埼 Ogasawara(奈 科),Hiroki Yoshikawa(東 The Genome of Sekiguchi(信 Murata,Reiko Bacillus 立 遺 伝 学 研 究 所RIセ ン タ ー),Kenichi 京 農 業 大 学 応 用 生 物 科 学 部 バ イ オ サ イ エ ン ス 学 科),Yasuhiko Yamamoto,Junichi 生 物 科 学 系),Makiko Fujita(国 subtilis Ohki(杏 and the Features of Biotechnology,Faculty 729-0292,Japan] 良 先 端 科 学 技 術 大 学 院 大 学 バ イ オ サ イ エ ン ス 研 究 科),Yoshito 玉 大 学 理 学 部 分 子 生 物 学 科),Masaya 科),Hirofumi 広 島 県 福 山 市 東 村 町 三 蔵985)[Department University,Sanzo,Higashimura,Fukuyama,Hiroshima しそ うな ら 州 大 学 繊 維 学 部 応 用 生 物 科 学 科),Miyuki Sadaie(国 立 遺 伝 学 研 究 所RIセ Yoshida(福 Miwa(福 Kumano,Kunio ン タ ー 山 大 学 工 学 部 生 物 工 学 山 大 学 工 学 部 海 洋 生 物 工 学 Yamane(筑 波 大 学 林 大 学 保 健 学 部 分 子 生 物 学) of its Genes 1449 4 蛋 白質 核酸 酵素 な ぜ そ う な の だ ろ う か.ゲ Vol.44 No.10(1999) ノ ム 配 列 は 環 状 ゲ ノ ム を複 製 起 点 で 切 断 し5'末 端 か ら3'末 端 へ1本 計 周 り に記 載 して あ る.0度(起 鎖 に つ い て時 点)∼180度(終 はゲ ノ ム複 製 の リー デ ィ ング 鎖,180度(終 点)ま で 点)か ら360 の ゲ ノムの 進化 の過 程 で遺伝 子 の水平 伝 播 が 頻 繁 に 起 き た こ と を物 語 っ て い る.ま た,ゲ ノ ム配 列 の変 化 のダ イ ナ ミ ックさ はわれ われ の想像 を は る か に越 え る もの で あ り,大 腸 菌 や イ ン フ ル エ ンザ 菌 度(起 点)ま で は ラ ギ ン グ鎖 と同 じ塩 基 配 列 で あ る.ペ の ゲ ノ ム に は 同 一 シ ー クエ ン ス が 多 数 散 在 す る.大 腸 ア を つ くるGとCの 菌 で は761コ 含 量 を比 較 す る と,興 味 深 い こ と に リー デ ィ ン グ 鎖 で はGが ほ うが 多 い.こ 多 く,ラ ギ ン グ鎖 で はCの れ は多 くの 細 菌 に 共 通 の 現 象 で あ る. 同 じグ ラム 陽 性菌 で あ る マ イ コ プ ラズ マ を除 いて,い ピー のxシ が あ り,DNA組 ー ク エ ン ス(GCTGGTGG) 換 え の ホ ッ トス ポ ッ トを形 成 し3),イ ン フ ル エ ンザ 菌 で は1,465コ ピー のDNA取 め の シ グ ナ ル 配 列(AAGTGCGGT)が り込 みの た あ り,形 質 転 換 ま ま で に報 告 され た 微 生 物 ゲ ノ ム に数 多 く見 い だ さ れ に必 須 で あ る4).し か しなが ら,枯 草 菌 ゲ ノム に は10コ る挿 入 配 列(IS)は ピ ー 以 下 の 機 能 未 知 の く り返 し配 列 は い くつ か 存 在 す 枯 草 菌 に は 存 在 し な い.ま ラ ン ス ポ ゾ ン も存 在 しな い と考 え ら れ る.し 知 の フ ァ ー ジ を含 め て,10カ Database Center for Life Science Online Service こ の こ と は,こ 量 が 低 くコ ドン の使 わ れ 方 が ほ か の 領 域 と異 な る.そ ゲ ノ ム の9%)に か し,既 所 の 領 域 が フ ァー ジ ま た は フ ァー ジ 由 来 と考 え られ,GC含 約390kb(全 た,ト う した 領 域 は合 計 で 及 ぶ.こ の 外 来 性 と思 わ れ る領 域 に は遺 伝 子 が 消 滅 し つ つ あ る と こ ろ も あ る. 1450 る が,こ の よ うな多 コ ピー シー クエ ンス は見 いだ され な か っ た. 枯 草 菌 で は リ ボ ソ ー ム 蛋 白質S1が い た め,蛋 合 配 列(SD配 機 能 的 に存 在 しな 白質 コ ー ド配 列 の 直 前 に あ る リ ボ ソー ム 結 列)のrRNAに 対 す る相 補 性 が 高 い こ とが 特 徴 として 知 られ て い る.こ の た め,ATG,GTG, 5 枯草菌ゲノムと遺伝子の特徴 表1 に,約 半 数 の遺 伝 子 は類 似 遺 伝 子 が 重 複 して い るか,遺 枯 草 菌 の σ因 子 フ ァ ミ リー と その メ ンバ ー 伝 子 フ ァ ミ リー に属 す る こ とが 明 らか に な っ た.そ な か で 最 大 の も の は,薬 (multi drugresistance の 剤 の排 出 に関 与 す る蛋 白質 protein)と 相 同性 を 示 す67個 の メ ン バ ー か ら な る大 き な フ ァ ミ リー で あ る. II.転 写 関連 遺 伝 子 群:ゲ ノム シー クエ ンスによ って多型が 確定 した基本 転写装 置 1.シ グマ 因子 枯 草 菌 の4,100も の遺 伝 子 は1,000程 (オ ペ ロ ン)と し て分 類 され よ うが,こ 度 の転写 単位 れ らのオペ ロ ン Database Center for Life Science Online Service を認 識 して 転 写 の 開 始 を制 御 す るの がRNAポ ゼ の シ グ マ サ ブ ユ ニ ッ ト(σ 因 子)で あ る.ゲ リメ ラー ノム配列 解 明 に よ っ て 枯 草 菌 に お け る σ の 多 型 が 確 定 した.ゲ ノ ム 解 析 以 前 に は,σA,σB,σC,σD,σE,σF,σG, σH,σK,σLの10個 同 定 さ れ,次 TTGか ら 始 ま り,か つSD配 列 候 補 を伴 うORFを 索 す る こ とに よ り,合 計4,100個 探 の 蛋 白 質 を コ ー ドす の σ 因 子 が 生 化 学 的 ・遺 伝 学 的 に い で 遺 伝 子 ク ロ ー ニ ン グ が な され て い た. し か し,そ の な か で,σcは る遺 伝 子 が 同 定 さ れ て い る.こ れ ら蛋 白 質 遺 伝 子 の78 らか に な っ た 現 在,相 %はATGを め,全19個 GTGを 開 始 コ ドン と し,12%はTTGを,9%は お の お の 開 始 コ ドン とす る と推 定 され た.残 の1%弱 はATTやCTGを る が,今 後 の 検 証 が 待 た れ る.付 り 開 始 コ ド ン とす る よ うで あ 配 列 か ら枯 草 菌 に もS1様 け 加 え れ ば,ゲ ノム 蛋 白質 遺 伝 子 が 存 在 す る こ と が 明 らか に な っ て お り,そ の 機 能 が 興 味 深 い. た はFastaプ ロ グ ラ ム よ り,枯 草 菌 お よび 他 生 物 の 配 列 へ の 類 似 性 が 検 索 され た.同 白 質 遺 伝 子4,100個 の うち,58%が 機 能 推 定 可 能 遺 伝 子 で あ るが,残 機 能 は 推 定 で き な か っ た.こ 1,702個 の う ち,177個 定 された 蛋 機 能 既 知 あ るい は, りの42%の 遺 伝子 の れ ら機 能 推 定 不 能 遺 伝 子 もの 産 物 が 枯 草 菌 の機 能 推 定 不 能 遺 伝 子 産 物 間 での 類 似 性 を示 し,469個 の産 物 は他 生 ノム の全DNA配 れ た(表1).新 同 性 検 索 に よ り上 記 σ因 子 を含 た に 見 い だ され た σ 因 子 候 補 が σ 因 子 と し て の 活 性 を もつ か,も し そ う な ら ば ど の よ うな 遺 伝 子 群 の 転 写 を 開 始 さ せ る の か,い い る.な お,い ま研 究 が 始 ま っ て ま もっ て σcに 該 当 す る遺 伝 子 は 不 明 で す る σ 因 子 の 記 述 は次 項,胞 Words(p.1415)]に 子 形 成関連 遺 伝子群 の節 各 σ 因 子 は1次 (extracytoplasmic 構 造 に 基 づ き,σ70,σ54,ECF function)の3つ 類 され る(図1).σ70は σ因 子,σ54は の フ ァ ミ リー に分 大 腸 菌 お よび そ の 類 縁 菌 の 主 要 グ ラ ム 陰 性 細 菌 で 広 く見 い だ され た 窒 素 代 謝 を制 御 す る σ因 子 の 呼 称 に お の お の 由来 す る.σ54 フ ァ ミ リー に 属 す る σ 因 子 は ほ か の もの と は構 造 と機 能 が 異 な り,単 独 で プ ロモ ー タ ーDNA(-24配 か し,残 12配 列)に 結 合 で き る.さ の 遺 伝 子 産 物 は,既 知 配 列 の い か な る 蛋 白 質 と も有 意 な 類 似 性 を示 さ な か っ た.興 深 い こ と に,同 味 じ機 能 分 類 に属 す る 遺 伝 子 は ゲ ノ ム の 関与 に あ る. 物 の 機 能 推 定 不 能 遺 伝 子 産 物 との 類 似 性 を示 した.し りの1,056個 列 が明 の σ 因 子(候 補 を含 む)の 遺 伝 子 が 同 定 さ あ る.胞 子 形 成[→ 今 月 のKey 枯 草 菌 ゲ ノ ム に 同 定 さ れ た 蛋 白質 遺 伝 子 の 翻 訳 産 物 は,Blastま 生 化 学 的 に 同 定 され た もの の遺 伝 子 は未 同 定 で あ った.ゲ 列,- ら に プ ロ モ ー ター ・RNAポ リ メ ラ ー ゼ 開 鎖 複 合 体 形 成 の 際 に は エ ンハ ンサ ー 結 合 蛋 白質(EBP:シ ャペ ロ ン様ATPア ー ゼ フ ァ ミ リー 蛋 全 域 に ラ ン ダ ム に存 在 す る の で は な く,機 能 ご と に ゲ 白 質)を 必 要 とす る.ECFフ ノ ム 上 に集 団 化 す る傾 向 が あ る よ うで あ る.ま ー と相 同 性 が 高 い の で 当 初 は σ70のサ ブ フ ァ ミリー と考 草 菌 内 の 比 較 か ら,ほ た,枯 か の 微 生 物 で の 解 析 結 果 と 同様 え ら れ た が,現 ァ ミ リー は σ70フ ァ ミ リ 在 は独 立 の フ ァ ミ リー と し て 分 類 さ れ 1451 6 蛋 白質 核酸 酵素 Vol.44 No.10(1999) の 際,σ 因 子 の 活 性 はア ン チ ・σ/ア ンチ ・ア ンチ ・σ に よ り制 御 さ れ,こ れ ら三 者 の遺 伝 子 が オ ペ ロ ン を構 成 して い る 例 が 報 告 さ れ て い る8).ま た,あ る種 の 環 境 応 答 遺 伝 子 の 転 写 活 性 化 は σ 因 子 と と もに二 成 分 制 御 系 の 応 答 制 御 因 子(response regulator)に よって制御 さ れ て い る9).こ の よ うな 知 見 は今 後 の研 究 の 重 要 な ヒ ン トとな り う る.最 近,新 た に見 い だ され た 枯 草 菌SigX が 大 腸 菌 の 鉄 代 謝 系 遺 伝 子 を 制 御 す る σ因 子FecIの 機 能 を 相 補 す る こ と と,sigX遺 伝 子 自 身 を転 写 す る と い う こ とが 報 告 され た10). 2.枯 Database Center for Life Science Online Service 図1 σ 因 子 フ ァ ミ リー の 構 造 各 σ の 保 存領 域 を模 式 的 に示 す.σ70お 転 写 開 始 上 流 の-35お 草 菌 のHTH制 DNAの よび-10の よ びECFの 領 域2と4は プ ロ モ ー ター 配 列 を認 識 す る. σ54の領 域IIIは転 写 開 始 点 上 流-24お よ び-12の 御 蛋 白質 特 定 塩 基 配 列 に 結 合 し遺 伝 子 の 転 写 発 現 を プ ロモ ー タ ー配 列 を認 識 す る. 制 御 す る蛋 白質 の う ち,HTHモ を 用 い てDNAに よ ば れ る.こ 結 合 す る も の はHTH制 ァ ミ リー は1次 構 造 上 の 機 能 分 担 に した が っ てN末 端 側 か ら順 に1∼4の 領 域 に分 け られ る5). 領 域1は,σ 因 子 単 独 で のDNA結 合 を阻 害 す る働 きを もつ と考 え られ て い る.領 域2は プ ロ モ ー タ ー の-10配 HTH(ヘ ち,プ 3は コア酵 素 へ の結合 と 列 の 認 識 に 関 与 し,領 域4は リ ッ ク ス-タ ー ン-ヘ リ ッ ク ス)モ チ ー フ を も ロ モ ー タ ー の-35配 列 の 認 識 に関 与 す る.領 域 σ70フ ァ ミ リー 全 体 で の 相 同 性 は低 い が,HTHモ チ ー フ を もち-10配 域 お よ び 転 写 開 始 点 付 近 の 鋳 型 鎖 と接 し て い る こ とが な い の で,σ70フ もの が 多 い.こ ァ ミ リー は領 域1と3を ァ ミ リー よ り も低 分 子(20K前 の 特 徴 を も と にECFフ 分 け られ,N末 よ りEBPと の領域 に くつ か の ク ラ ス に 大 別 さ れ る.も 質 が も っHTHモ う1つ 御蛋 因 子 な ど,い は個 々 の 蛋 白 チ ー フ とそ の 周 辺 の ア ミノ 酸 配 列 の 相 同性 に 基 づ く分 類 で あ る.こ の 分 類 に よ りHTH制 御 蛋 白質 は細 か く グ ル ー プ 化 さ れ,そ を 除 くバ ク テ リア 型HTH制 れ ぞれ の グル ー 在 の ところ σ因子 御 蛋 白 質 に は13種 のフ ァ ミ リー の 存 在 が 提 唱 され て い る. 枯 草 菌 ゲ ノ ム の 全 塩 基 配 列 の 決 定 に よ り1,11),110の 遺 伝 子 がHTH制 れ ら を前 述 の13種 御 蛋 白質 遺 伝 子 と し て 分 類 さ れ,そ の う ち の12の フ ァ ミ リー に グ ル ー 菌 は これ ら110の 御 蛋 白質 を も って い る.HTH制 .そ の間 の領 つ な ぐ役 割 を 果 た し ァ ミ リー に 属 す る.グ ラム陰 因子 よるペ リプ 御 蛋 白質 で は あ るが 特 定 の 細 胞 機 さ れ た もの は 除 外 され て い るか ら で あ る).こ 御 蛋 白 質 の グル ー プ 分 け はHTHモ の 相 同 性 の み に基 づ くも の で あ る.HTHモ 以 外 の 構 造 に 着 目 す る と,同 の枯草 菌 チ ー フ周 辺 チ ー フ周 辺 じ フ ァ ミ リー の 制 御 蛋 白 質 に も多 様 性 が あ る こ とが わ か り興 味 深 い.そ こで最 もメ ンバ ー の 多 いGntRフ ァ ミ リー を例 に,同 ラ ズ ム 画 分 の 蛋 白質 変 性 を き っ か け に活 性 化 さ れ,ス リー に 属 す 枯 草 菌HTH制 御 蛋 白質 の 多 様 性 に つ い て トレス 応 答 遺 伝 子 の 転 写 を促 す こ とが わ か って きた.そ 述 べ る. 1452 浸 透 圧 な ど)に 遺 伝 子 以 外 に もHTH制 能 に 関 与 す る 遺 伝 子 と して の 分 類 が 適 当 で あ る と判 断 HTH制 性 の 緑 膿 菌 お よ び 大 腸 菌 で の 解 析 に よ り,ECFσ 熱,高 れ に よ っ てHTH制 クチ ベ ー ター,σ 富 む部位 に 19個 の σ因 子 の う ち 現 在 まで 機 能 不 明 の もの が9個 は 環 境 ス トレ ス(高 白 質 は リプ レ ッサ ー,ア 端 側 の 領 域IIIは プ ロモ て い る と考 え られ る7). あ り,そ の 多 くはECFフ 役 割 に基 づ く分 類 で あ る.こ は機 能 上 の だ し,枯 草 ー タ ー 認 識 に 関 与 す る と考 え られ て い る 域 は保 存 性 が 低 く,領 域IとIIIを の 観 点 に基 づ き分 類 され て い る.1つ 下 プ 分 けす る こ と が 報 告 さ れ て い る(表2.た 端 側 の 領 域IはGln(Q)に の 相 互 作 用 に,C末 もた 後)の ァ ミ リー は σ10 フ ァ ミ リー と は 区 別 さ れ て い る6).σ54は3つ 御 蛋 白 質 が 見 い だ され,以 プ は “フ ァ ミ リー ” と よ ば れ る.現 列 と-35配 列 の 間 の スペ ー サ ー 領 報 告 さ れ て い る.ECFフ の2つ 御 蛋 白質 と れ まで 原 核 生 物 の み な らず 真 核 生 物 に お い て も数 多 くのHTH制 て い る.σ70フ チ ー フ とよ ばれ る構 造 じファミ 7 枯草菌ゲ ノムと遺伝子の特徴 表2 枯 草 菌 のHTH制 Database Center for Life Science Online Service (Kunstら,お 御 蛋 白 質 フ ァ ミ リー と そ の メ ン バ ー よ びSubtiList GntRフ Web Serverの 分 類 に よ る) ァ ミ リー は枯 草 菌 の グ ル コ ン酸 分 解 系(gnt) オ ペ ロ ン の リプ レ ッサ ーGntRを 代 表 と し,枯 草 菌 の み な らず そ の 他 の細 菌 に も多 くの メ ンバ ー が見 られ る.筆 者 ら はGntRの HTHモ 機 能 構 造 の研 究 を手 が け,こ チ ー フ を含 むN末 端 領 域 がDNA結 蛋 白 質 の性 質 を あ わ せ もつ と推 定 され て い る15).詳 し く 調 べ る と,サ イ ズ 的 に従 来 のGntRフ 当 て は まるYisVもMocRのN末 ァ ミリー の範 疇 に 端 側 と相 同 性 があ る. れ まで に さ ら に これ に続 くYisWはMocRのc末 合 を担 い, が あ る.つ 端 側 と相 同 性 ま りYisVとYisWはMocR様 ア ミノ基 転 C末 端 領 域 が 誘 導 物 質(グ ル コ ン酸)と の相 互 作 用 を担 移 酵 素 を そ れ ぞ れ 前 後 半 に二 分 した よ う に 見 え る.こ う こ と を明 らか に した12,13).つ ま りC末 れ らが 進 化 の過 程 でMocR様 物 質 が 相 互 作 用 す る こ とでN末 力 が 変 化 す るの で あ る.そ の 制 御 蛋 白 質 はN末 を 含 む69ア 端 領 域 と誘 導 端 領 域 のDNA結 して 従 来,GntRフ 端 領 域(DNA結 ァ ミ リー と して 分 類 され た20蛋 白 質 は,こ 端 領 域 が 著 し く短 い.YtrAは ytrABCDEFオ ABCト ペ ロ ン(ア ころが枯 草菌 白 質 の う ち8蛋 自身 の 遺 伝 子 を含 む セ トイ ンの 分 解 に 関 与 す る ラ ン ス ポ ー タ ー を コ ー ドす る と推 定 され る)の リプ レ ッサ ー で あ る こ と を示 す 結 果 が 得 られ て お り,ど の よ うな 機 構 でDNA結 合 能 力 を変 化 させ るの か 詳 細 な は 逆 に か な り大 き い(444∼482ア はN末 端 側 にGntRフ 体 と してMocR様 発 表 データ). ミ ノ酸 残 基).こ 遺 伝 子が ず れ にせ よ これ らMocR様 この よ う に枯 草 菌GntRフ れら ァ ミ リー の 保 存 領 域 を もち,全 ァ ミ リー として 分 類 され た HTH制 御 蛋 白 質 に は,少 DNA結 合 領 域+C末 末 端DNA結 合 領 域 以 降 のC末 解 析 が 待 た れ る(Yoshida,K.,Ehrich,D.:未 一 方 ,YcnF,YcxD,YdeF,YdeL,YdfD,YhdI に2つ の 遺 伝 子 が 融 合 しMocR様 で き る の か 興 味 深 い が,い 待 た れ る. の 従 来 の 範 疇 に あ て は ま ら な い.YhcFと サ イズ 的 に 小 さ く,DNA結 た の か,逆 ア ミノ基転 移酵 素 の制御 蛋 白質 としての機 能 の実証 が ミノ 酸 残 基 前 後 の サ ブ ユ ニ ッ トか ら構 成 され る こ とが 知 られ て い た14).と YtrAは ァ ミ リー 合 領 域)にHTH ミノ 酸 残 基 以 上 の 保 存 領 域 を含 み,GntR に似 た構 造 の240ア GntRフ 合能 遺 伝 子 の 分 割 に よ り生 じ 合 領 域)と 端 リガ ン ド結 合 領 域),小 合 領 域+非 MocR型(ア な く と も 従 来 型(N末 常 に 短 いC末 ミノ基 転 移 酵 素 ホモ ログ;N末 端 型(N 端 領 域), 端DNA結 い う多 様 性 が あ る.誌 面 の 制 約 の た め す べ て の フ ァ ミ リー に つ い て 同様 の 考 察 を述 べ る こ とが で き な い が,AraC,DeoR,Lrp,TetR/AcrRな ァ ミ リー に も類 似 の 多 様 性 が 推 定 で き る.こ はHTH制 どの フ の多様 性 御 蛋 白 質 遺 伝 子 の 進 化 を考 え る う え で 興 味 深 い 知 見 で は な い だ ろ うか. III.分 子 シ ャペ ロン:熱 ショック σ因子 に依 存 しないス トレ ス応 答の存 在 ア ミノ基 転 移 酵 素 と高 い 相 同 性 を 示 す.MocRはRhizobium melilotiのrhizopine分 必 須 の 遺 伝 子 で あ り,ア ミ ノ基 転 移 酵 素 とHTH制 解 に 御 分 子 シ ャ ペ ロ ン は,ポ リペ プ チ ドの 正 し い 集 合 を介 添 えす る一 群 の 蛋 白 質 群 と して定 義 され て い る16).さ ま 1453 8 蛋 白質 核酸 酵素 Vol.44 ざ ま な ス トレ ス(高 温,低 ア ル コ ー ル,重 金 属,栄 温,乾 No.10(1999) 燥,高 塩 濃 度,酸 化, 養 飢 餓 な ど)に 応 答 して 誘 導 さ れ る ス トレ ス 蛋 白 質 と分 子 シ ャペ ロ ン は重 複 す る も 大 腸 菌 に お け る サ プ レ ッサ ー の 類 似 遺 伝 子 が 複 数 見 い だ さ れ て い る(DksA,SugE).こ プ レ ッサ ー の 機 能 は不 明 で あ るが,進 れ らの サ 化 の うえで保 存 の が 多 い.大 腸 菌 にお け る ス トレ ス誘 導 機 構 は,ま ず, さ れ て い る こ と か ら,生 物 の ス ト レ ス 耐 性 に重 要 な 役 熱 シ ョ ック σ因 子 が 主 と して翻 訳 レベ ル で誘 導 され,ひ 割 を果 た し て い る と予 想 され る. き続 い て 多 くの 熱 シ ョ ッ ク遺 伝 子 群 の 転 写 が 誘 導 さ れ る17).枯 草 菌 で は,こ の ような熱 シ ョック σ因子 が存 在 しな い 代 わ り に,groEやdnaKの Database Center for Life Science Online Service やgroELの プ ロ モ ー ター 直 下 今 後,こ の 分 野 の 研 究 は ど う展 開 す るで あ ろ うか.第 1に,DnaKやGroELと い っ た そ の性 質 が よ く研 究 さ れ て い る も の に つ い て は,相 互 作 用 す る基 質 の カ タ ロ に,幅 広 い 原 核 生 物 で 保 存 さ れ て い る逆 向 き反 復 配 列 グ づ く りが 望 ま れ る.シ が 見 い だ さ れ て い る18).の ち にCIRCE(controlling 大 局 的 な 視 点 か ら見 た 場 合 に,さ inverted か ら,あ repeat for chaperone expression)と 名づ け ャ ペ ロ ン の 機 能 を 細 胞 とい う まざ まな基 質 のなか る局 面 で働 くべ き相 手 を ど の よ う に選 別 し て られ た こ の エ レ メ ン トが オ ペ レー タ ー と し て 機 能 し, い る の か と い う特 異 性 の 問 題 が この 分 野 の 大 き な課 題 dnaK(オ に な っ て お り,ゲ ペ ロ ンの 最 初 の 遺 伝 子 産 物HrcAが リプ レッ ノ ム の 全 情 報 を利 用 し た カ タ ロ グ づ サ ー と して 結 合 す る モ デ ル が提 唱 され て い る19).原 核 生 く りが 研 究 を 大 き く前 進 さ せ る こ と は 間 違 い な い.第 物 に お け る ス トレ ス 応 答 は,熱 2に,GSP蛋 機 構 を もつ も の と,CIRCEに 大 別 で き る と考 え られ,カ Words(p.1475)]同 様,メ シ ョック σ因子 に よる よ る機 構 を もつ もの と に タ ボ ライ ト抑 制[→ 今 月のKey カ ニズ ム の多様性 を示 す よい 例 で あ る. 表3に,ゲ は複 数 の パ ラ ロ グ を もつ 例 が 多 く,こ れ ら を同 時 に破 壊 す る と い っ た 手 法 が,全 そ れ ら に 関 連 す る 遺 伝 子 産 物 を ま とめ た.枯 る制 御 を 受 け る もので,現 の クラ 前 述 のCIRCEに の 領 域 に は存 在 し な い.ク ラ スIIは 熱 シ ョ ッ クの ほ か, ル コ ー ス飢 餓,酸 素 欠乏 とい った stress protein)と わ ノ ム と い う視 点 で 捉 え た新 しい ス ト レス 研 究 が 可 能 に な る よ う に思 う.た とえば ゲ ノム配列 上 の ジ ヌ ク レオ チ ド配 列(GA,CAな ど)の 出 現 頻 度 の 偏 り1)や コ ドンの3文 字 目 のGC含 係(末 岡 登:私 信)は,ゲ 量 と複 製 方 向 との 関 ノムの配 列 が ランダムで は な く,あ る 方 向 性 を もっ て 進 化 し て き た こ と を うか が わ せ る.し 列 はゲ ノム上の ほか さ ま ざ まな ス ト レス に 応 答 して 一 様 に 増 加 す る,い ゆ るGSP(general よ 在 の と ころdnaK(とgroEの 2オ ペ ロ ン に 限 られ る.CIRCE配 化,グ し くは 草菌 の熱 シ ョ ッ ク 蛋 白 質 は 誘 導 機 構 の 違 い に よ っ て3つ ス に分 け られ て い る20).ク ラ スIは 草 ゲ ノム配 列決 定 に よ り可 能 に な っ て い る. さ ら に,ゲ ノ ム 配 列 に よ っ て 明 らか に され た,枯 菌 の 分 子 シ ャ ペ ロ ン また は ス ト レ ス 蛋 白 質,も 高 塩 濃 度,酸 GSPに 白 質 群 の 機 能 は ほ とん ど明 らか で ない が, た が っ て そ の “方 向 性 ” に逆 らっ た ゲ ノ ム の ダ イ ナ ミ ッ ク な 変 化 に よ っ て,ス と は容 易 に 想 像 で き る.実 際,ゲ を生 じ させ た 場 合 に,groE遺 トレ ス が か か る こ ノム上 に大 きな逆 位 伝 子 の発 現 が 誘 導 され る 場 合 が 見 い だ さ れ て い る(板 谷 光 泰:私 信).こ う した 進 よ ば れ る蛋 白質 化 的 な ゲ ノ ム の 意 味 論 を 実 験 で き る ほ と ん ど唯 一 の 生 の 大 部 分 を 含 み,そ の 誘 導 機 構 は σB因 子 に依 存 して い 物 で あ る枯 草 菌 を 用 い た 新 し い 分 野 が 切 り開 か れ る べ る21).ク ラ スIIIは,σBに き で あ ろ う.EUに 依 存 しな い で 誘 導 さ れ る熱 シ お い て ゲ ノ ム の 最 小 化 とそれ に伴 う ョッ ク蛋 白質 で あ り,そ の転 写 は σAに 依 存 して い るが, ス トレ ス が 研 究 課 題 に な っ て い る こ と も こ の 分 野 の 重 熱 シ ョ ッ ク誘 導 の 機 構 は不 明 で あ る.そ の 他 として,ク 要 性 を 示 して い る.ま ラ スI∼IIIの 的 改 変 に よ る有 用 微 生 物 の創 出 と い う興 味 深 い課 題 を 分 類 に あ て は ま ら な い もの や,熱 ク で は誘 導 さ れ な い,シ ショッ ャペ ロ ン活 性 だ け が 知 られ て た,こ の 問 題 は,ゲ ノム の人為 考 え る う え で も重 要 で あ ろ う. い る も の な ど を分 類 し た. 表3に ま と め た よ う に,ゲ ノ ム 配 列 か ら多 くの ス ト レ ス 蛋 白 質 が 他 生 物 の もの との 相 同 性 か ら同 定 さ れ て い る.プ ロ テ ア ー ゼDo(HtrA)を は じ め,分 1454 代 謝 と カタボ ライ ト抑 制:CRP-cAMPに 依存 しない 新 しい機構の発 見 解系遺 伝 子 産 物 が 多 く見 い だ さ れ た こ と は ス トレ ス 応 答 の性 質 か ら して 予 期 され た こ と とい え るだ ろ う.一 IV.糖 方 でdnaK 教 科 書 に は ブ ドウ 糖 を 最 上 の 炭 素 源 とす る 大 腸 菌 の 機 構 が カ タ ボ ラ イ ト抑 制 機 構 と して 描 か れ て い るが,シ 9 枯草菌ゲ ノム と遺伝子の特徴 分 子 シ ャ ペ ロ ン お よ び ス トレ ス 蛋 白 質 Database Center for Life Science Online Service 表3 ャペ ロ ン 蛋 白 質 の 熱 シ ョ ッ ク誘 導 と同 様 に,枯 草菌 で よ り効 率 的 に 利 用 す るた め の グ ロ ー バ ル な 制 御 系 の ひ は そ の 機 構 が ま っ た く異 な る.微 生 物 の カ タ ボ ラ イ ト とつ で あ る.枯 草 菌 で は形 態 形 成(胞 抑 制 は,培 形 成)や 地 中 に グル コー スな どの代 謝 されや す い炭 子 形 成,べ ん毛 抗 生 物 質 の 生 産 に か か わ る遺 伝 子 も カ タ ボ ラ 素 源 が あ る とそ れ を消 費 す る まで 代 謝 され に くい 炭 素 イ ト抑 制 を受 け る こ とが 知 ら れ て い る.た 源 の 分 解 系 の 遺 伝 子 発 現 を 抑 制 す る機 構 で,炭 子 形 成 に必 要 な 遺 伝 子 は グ ル コー ス や 窒 素 源 の あ る成 素源 を と え ば,胞 1455 10 蛋白質 核酸 酵素 Vol.44 No.10(1999) 分 が 枯 渇 して は じ め て発 現 す る.枯 草 菌 はcAMPを も に 関 与 す るcis配 列cre(catabolite-responsive た な い の で この カ タ ボ ラ イ ト抑 制 は 大 腸 菌 で 明 らか に さ れ たcAMP-CRPに ラ イ ト抑 制 の 制 御 機 構 は 蛋 白質 の リ ン酸 化 が 関 与 す る い.筆 よ る正 の 制 御 系 で は説 明 で きな 者 ら は グ ル コ ン酸(gnt)の オ ペ ロ ン の カ タ ボ ラ イ 御 機 構 を 説 明 す る モ デ ル を1995年 に提 唱 した22).す な わ ち,培 地 中 に グ ル コー ス な どのPTS輸 送 系 に よ って 取 り込 まれ る 糖 が 細 胞 内 に取 り込 ま れ,解 糖 系 で代 謝 さ れ る と,中 間 代 謝 産 物 フ ル ク トー ス1,6-2リ (FBP)の ン酸 白 質 の46番 目 の セ リ ン残 基 を リ ン酸 化 す るATP依 のHPrキ ナ ー ゼ を活 性 化 す る24,25).枯 草 菌 の カ タ ボ ラ イ ト 抑 制 の 転 写 制 御 因 子 で あ るCcpA蛋 (catabolite control protein)はP-Ser-HPr蛋 枯 草 菌 ゲ ノ ム 配 列 の 解 析1)か らカ タ ボ ラ イ ト抑 制 の 制 御 機 構 に 関 与 す る遺 伝 子 が 新 た に い くつ か推 定 され た. そ の う ち1つ 存性 白 質 白質 と 複 合 体 を形 成 し26),活 性 化 し枯 草 菌 の カ タ ボ ライ ト抑 制 はHPr蛋 酸 レベ ル で45%)を 白 質 と高 い ホ モ ロ ジ ー(ア ミ ノ 示 す 新 規 の 蛋 白質Crhで,こ 白 質 は 興 味 深 い こ と にHPrと HPrキ 細 胞 内 濃 度 が 上 昇 す る23).こ のFBPはPTS 糖 輸 送 系 の リ ン酸 転 移 蛋 白質 の ひ とつ で あ るHPr蛋 結 合 す る13,27,28).この よ う に枯 草 菌 の カ タ ボ 負 の 制 御 系 で あ る(図2). ト抑 制 の研 究 に よ り,枯 草 菌 の カ タ ボ ラ イ ト抑 制 の 制 Database Center for Life Science Online Service ele- ment)に 同 様,FBP存 ナ ー ゼ に よ っ て リ ン酸 化 さ れ,イ の蛋 在 下で ノ シ トー ル オ ペ ロ ン な ど の カ タ ボ ラ イ ト抑 制 に 関 与 す る こ とが 示 唆 され た29).も う1つ はHPrやCrhを 依 存 性 のHPrキ れ て い る.ま リン酸 化 す るATP ナ ー ゼ が 夕vo.8遺 伝 子 で あ る と考 え ら た,最 に 属 す るYyaGが 近CcpAと 同 じHTHフ ァ ミ リー カ タ ボ ライ ト抑 制 の 第2の 質 で あ る こ とが 明 らか と な りCcpBと る.こ 制御 蛋 白 名 づ け られ て い の よ う に,枯 草 菌 カタ ボ ラ イ ト抑 制 の 制 御 機 構 の研 究 は 急 速 に進 ん で お り,今 後, さ ら に こ れ ら の 蛋 白 質 と相 互 作 用 す る 蛋 白質 を 明 らか に す る こ と に よ り,枯 草 菌 カ タ ボ ラ イ ト抑 制 の 制 御 シ ス テ ム の 全 体 像 が 見 え て く る と思 わ れ る. ま た,CcpA蛋 白質 はカ タ ボ ラ イ ト抑 制 の み な らず,炭 素 源全 般 の代謝 制御 の中心 的 な 役 割 を担 っ て い る.枯 草 菌 全 遺 伝 子4,100の う ち,5% に相 当 す る 約 数 百 の 遺 伝 子 が CcpA支 れ,こ 配 下 に あ る と予 想 さ れ らの 遺 伝 子 の プ ロ モ ー タ ー領 域 の 近 傍 また は 下 流 に はcreが 存 在 してい る と思 わ れ る.そ こで 蛋 白 質2次 ル 電 気 泳 動 法 で,野 ccpA変 異株 での蛋 白質スポッ トを比 較 し,CcpA蛋 図2 枯 草 菌 のカ タ ボ ラ イ ト抑 制 の 制 御 機 構 培 地 中 に グ ルコー ス な どのPTS糖 受 け る.す な わ ち,図 負 の 制 御 因子CcpAの 1456 の代 謝 に伴 う菌 体 内FBP濃 活 性 化 を ひ き起 こす.詳 白質 の 支 配 下 に あ る遺 伝 子 を 蛋 白 質 を 添 加 す る と 多 くの 分 解 系 遺 伝 子 発 現 がカ タボ ラ イ ト抑 制 を の よ う に,PTS糖 元ゲ 生株 と 度 の上 昇 が,HPrを 細 は 本 文 お よび 文 献22を 参 照 さ れ た い. 介 した レ ベ ル で 同 定 す る こ と を進 め て い る.こ れ は蛋 白質 ス ポ ッ 11 枯草菌ゲノムと遺伝子の特徴 トの ア ミ ノ酸 配 列 か ら遺 伝 子 を特 定 し,そ の遺伝 子 内 あ るい は調 節 領 域 にcreが 存 在 す るか 否 か でCcpA依 性 を 推 定 し よ う と い う もの で あ る.さ い の数 のcreが 在,こ れ くら 枯 草 菌 ゲ ノム 配 列 上 に存 在 す るの か検 索 した と こ ろ,数 百 のcre類 た.現 ら に,ど 存 似 配 列 を見 い だす こ とが で き れ ら の配 列 の 機 能 を 検 証 中 で あ る.こ よ う な解 析 を 通 じ て,カ の タ ボ ラ イ ト抑 制 と い う グ ロ ー 属 し,ク ラ スIII(Listeria p60型)に い る.今 回 の ゲ ノ ム 解 析 か ら新 た な カ テ ゴ リー と し て 同 定 さ れ た こ の ク ラ スIIIは,非 お も に 転 写 さ れ,そ の 欠 損 株 は 繊 維 状 化 す る こ とが わ 重 欠 損 株 は よ り顕 著 な 繊 維 状 の 表 現 型 を 示 し た.こ さ れ る. さ ら にSigDに れ ら の 結 果 か ら, 細 胞 分 裂 に 関 与 す る溶 解 酵 素 で ある と考 え られ, (YhdD)も い遺伝 子重複 栄養 増殖 期 に か って い る40).加 え てcwlF,sigD二 CwlFは 胞 構 成成 分 関 連 遺 伝子:ゲ ノム解析 から判明 した著 し 常 に 興 味 深 い 機 能 を担 っ て い る と考 え ら れ る.CwlF(LytE)は バ ル な遺 伝 子 発 現 制 御 系 の 全 貌 が 明 らか に な る と期 待 V.細 は7種 類 が 属 し て よ って 制 御 され るほか の溶 解 酵 素,CwlE 関 与 し て い る こ とが 明 ら か に な っ た41).ペ プ チ ドグ リ カ ンの ペ プ チ ド鎖 以 外 に糖 鎖 に作 用 す る酵 素 の 遺 伝 子 も4種 見 つ か り,そ れ ら は3つ の基質 特異 Database Center for Life Science Online Service 性 を異 に す る酵 素(endo-N-acetylglucosaminidase, 1.枯 endo-N-acetylmuramidase,lytic 草 菌の 細胞 壁溶 解 酵素 とそ の役 割 枯 草 菌 は厚 い細 胞 壁 に 包 まれ て い て これ を 溶 か す の に は リ ゾチ ー ム が 必 要 で あ る.そ 十 分 に通 気 せ ず 放 置 す る と1晩 れ な の に培 養 菌 体 は で 溶 け て し ま う.こ れ transglycosylase) の遺 伝 子 に 分 類 さ れ る が,細 lytic transglycosylaseに 胞 内 での機 能 につ いて は 属 す るYomIが ン と推 定 さ れ る 以 外 は 不 明 で あ る.な フ ァー ジ リシ お,ア ミダ ー ゼ は細 胞 壁 溶 解 酵 素 の 活 性 が 強 い か らで あ る.今 回,枯 と し て 報 告 さ れ て い るYtkCは 草 菌 の全 塩 基 配 列 が 決 定 さ れ た こ とに よ り,こ れ まで と は ま っ た く相 同 性 を 示 さ な い こ とか ら,除 外 され る に 同 定 され て い た 細 胞 壁 溶 解 酵 素 と相 同性 を 示 す 新 規 遺 伝 子 が 多 数 存 在 す る こ と が 明 らか に な っ た.現 べ き で あ ろ う. 段階 で はペ プ チ ドグ リカ ンへ の作 用 部 位 特 異 性 に基 づ き5つ の カ テ ゴ リー へ の 分 類 が 可 能 で あ る.そ 既知 の細 胞壁 溶解 酵素 の な か で も最 2.薬 剤耐 性遺 伝 子群 細 胞 は環 境 の 変 化 や 刺 激,生 体 外 異 物 な ど に対 す る も多 い グ ル ー プ はペ プ チ ドグ リカ ン の ム ラ ミ ン酸 とで 反 応 や 抵 抗 の た め の さ ま ざ ま な 戦 略 を潜 在 的 に そ の ゲ ア ラ ニ ン の 間 を 分 解 す るN-acetylmuramoyl-L- ノ ム の 中 に 備 え て い る.そ alanine amidaseで13種 あ るが,薬 類 あ り,そ れ ら は ア ミノ 酸 配 列 の 類 似 性 か ら ク ラ スI(CwlA型),ク 型),ク ラ スIII(SleB型)に ラ スII(CwlB 分 け られ る.ク す る4種(CwlA,XlyA,XlyB,BlyA)は ラ スIに フ ァー ジ る.ま に薬 剤 耐 性 が 剤 排 出 ポ ン プ に よ る 多 剤 耐 性 は ヒ トの が ん 細 胞 に も見 ら れ,そ 属 の な か の1つ の メ カニ ズム の解明 が 急が れて い た 輸 送 蛋 白 質 と し て の 分 子 機 構 の 研 究 は,薬 剤 の み な ら ず 生 理 活 性 物 質 の輸 送 と い っ た 細 胞 の 生 理 機 由来 の細 胞 壁 溶 解 酵 素 で あ る が30∼33),例 外 的 にCwlH 能 自体 を理 解 す る こ と につ なが る と考 え られ て い る.全 (YqeE)は ゲ ノ ム 配 列 の 決 定 に よ り得 ら れ た 大 き な 発 見 の1つ 胞 子 の形 成過 程 で母細 胞 の溶 解 に関与 して い た(Falar,A.N.,Yamamoto,H.,Kobayashi,Y., は凄 ま じ い 遺 伝 子 重 複 が あ げ られ る.枯 Sekiguchi,J.:投 耐 性 遺 伝 子 群 は 重 複 の 結 果,67個 稿 中).ク ラ スIIに は栄 養 細 胞 増 殖 期 の 主 要 自 己 溶 解 酵 素CwlB34)や,母 るCwlC35),胞 未 知 な2種 細胞 の溶解 に関与 す 子 の 成 熟 に働 くCwlD36)と,ほ が 属 す る.ク す るSleB37),CwlJ38)を か に機 能 ラ スIIIに は胞 子 の 発 芽 に 関 与 含 め て3種 が 属 す る.次 に 多 い グ ル ー プ は エ ン ドペ プ チ タ ー ゼ で9種 に 草菌 で は多 剤 も の大 き な フ ァ ミ リ ー に な っ て い る. 枯 草 菌 で は現 在 まで にbmr,blt,bmr3 の 多 剤 排 出 ポ ン プ と,テ 42∼44)の3個 トラサ イ ク リン排 出 ポ ンプ45)が よ く研 究 さ れ て い るが,全 塩 基 配 列 決 定 に よ り推 定 さ が 属 し,ア ミノ れ た 遺 伝 子 約4,100の う ち 機 能 が 同 定 され て い な い新 酸 配 列 の 類 似 性 か ら3つ の ク ラ ス に 分 け ら れ,そ の う 規 遺 伝 子 の な か に,薬 剤 排 出 ポ ン プ と相 同 性 を示 す 数 ち ク ラ スI(lysostaphin型)に SpoIIQ39)は 属 す る 唯 一 の 蛋 白質 胞 子 形 成 期 の 包 み 込 み に 関 与 し,ク ラ スII (endopeptidase I型)に は 機 能 未 知 な 蛋 白質YqgTが 多 くのORFが 見 い だ され た.枯 草 菌 の薬 剤 耐 性 遺 伝 子 の研 究 に お い て も,ゲ ノム 解 析 に よる情 報 と遺 伝 学,生 化 学 的 な 研 究 に よ る情 報 を利 用 す る こ と に よ り,よ り 1457 12 蛋 白質 核酸 酵素 Vol.44 No.10(1999) 簡 便 に遺 伝 子 の 同 定 が 出 き る よ う に な っ た.筆 新 た に 同 定 したlmrB46)は,ゲ 者 らが ノム 配 列 決 定 に よ り見 い だ さ れ た 大 腸 菌 のmultidrug resistance protein (EmrY)と 付 近 に,以 前 よ り薬 相 同 性 を示 すORFの マ ッ プ さ れ て い る こ とが わ か っ て い た た め,lin-2変 片 を,形 鋳 型 と し,PCRで 異 とに よ り,lin-2変 異 部 位 の 決 定 と と もに,リ ン コマ イ そ の後 の 解 析 の 結 果,lmrBを 群 な どが あ り,そ れ ぞれ ホ ッ トな話題 と して研 究 が進 行 中 で あ る.ゲ ノム サ イエ ンス時 代 が到来 した とはい え,個 々 の遺 伝子,オ ペ ロンの きめ細 か い研 究が あ っ 多 コ ピー 型 プ ラ ス ミ ドに て は じめて広 い視 野 に立 っ たゲ ノム 時代 の分 子遺伝 学 異株 で は リンコマイ シ ン の み で な くピ ュ ー ロマ イ シ ン,ロ ー ダ ミン6Gな Database Center for Life Science Online Service 貌 し よ うと して い る.こ こで は述 べ られ て いな い事 項 同 定 す る こ とが で きた. の せ 過 剰 発 現 さ せ た 株 やlin-2変 に も強 い 耐 性 を示 す こ とか ら,lmrBは 耐 性 遺 伝 子 と い う よ りは,枯 本 稿 に述 べ られ た例 の よ うに大 腸 菌 を基礎 に,染 色体 複 製 関連 の遺伝 子群 や 細胞 分裂 関連 遺伝 子 増 幅 し たDNA断 質転 換 法 に よって枯 草菌 野 生株 に導入 す る こ シ ン耐 性 遺 伝 子 と してlmrBを おわ りに に築 かれ た微 生物 分 子遺 伝学 は多様性 を加 え大 き く変 剤 耐 性 マ ー カ ー と して リン コマ イ シ ン耐 性 変 異lin-2が 株 染 色 体DNAを く,今 後 の 発 展 が 期 待 さ れ る. ど リン コマ イ シ ン が可能 なわ けで あ る.し た が って,分 子遺 伝 解析 の進 んで い る枯 草 菌 や大腸 菌 の研 究材 料 としての価 値 は今 後 い ささか も揺 るが な いで あ ろ う. 草 菌 の 新 た な多 剤 耐 性 遺 伝 子 で あ る と考 え られ た. また,全 塩 基配 列 決定 によ りもう一 つ興味 深 い事 実 が 明 ら か とな っ た.そ を示 すORFの れ は ヒ トのP糖 存 在 で あ る.細 蛋 白 質 と相 同性 菌 にお け る薬 剤 排 出 ポ ン プ の 多 く は プ ロ トン駆 動 力 を 利 用 した ア ン チ ポ ー タ ー で あ る の に対 して,高 等 動 物 の それ はATPの 加 水分 解 に よ っ て 生 じる エ ネ ル ギ ー を 利 用 し たABCト ラ ンス ポ ー タ ー で あ る.な か で も ヒ トのP糖 るATP依 蛋 白 質MDR1に 2) 3) 4) よ 存 型 の薬 剤 排 出 は,が ん細 胞 の多 剤 耐 性 を克 服 す る た め,そ 文 1) の メカ ニズ ム の解析 が 急速 に進 ん で い 5) 6) る.細 菌 で は外 部 か らの薬 剤 に対 す る耐 性 にお いてABC 型 に よ る もの は ほ とん ど見 い だ さ れ て い な か っ たが,初 め てLactococus lactisのLmrAが 排 出 す るABC型 外 界 か らの 薬 剤 を の 多 剤 耐 性 蛋 白 質 で,ヒ トのP糖 蛋 白質 と相 同 性 を 示 す こ とが 報 告 され て い る47).最 近 で は L.lactis以 外 に もATP依 9) 存 型 の 多 剤 排 出 ポ ンプ の存 在 が 示 唆 され48∼50),枯 草 菌 で もL.lactisのLmrAと 性 を示 す遺 伝 子ywjAの 7) 8) 相同 存 在 が報 告 され た47).実 際 にデ ー タ ベ ー ス を検 索 した と こ ろ,高 等 生 物 のP糖 11) 蛋 白質 と相 同 性 を 示 す 遺 伝 子(cydC,のcydD,yfiB,yfiC, ygaD,yheH,yheI,yknU)が 10) さ ら に見 い だ さ れ た. 12) 13) こ れ ら の 遺 伝 子 産 物 が 細 胞 内 で ど の よ う な働 き を し て い るか 不 明 だ が,興 味 深 い. 14) 薬 剤 排 出 ポ ン プ に 関 す る研 究 は こ こ数 年 で め ざ ま し い 発 展 を遂 げ,最 近 で はい くつか の薬剤 排 出 ポ ンプの 細 胞 内 に お け る本 来 の 生 理 機 能 が 明 らか に され る な ど, 興 味 深 い 知 見 も報 告 さ れ て い る.し 1458 か し未 知 な 点 も多 15) 16) 献 Kunst, F., Ogasawara, N., Moszer, I. et al.: Nature, 390, 249-256 (1997) Fraser, C. M. et al. : Science, 270, 397-403 (1995) Blattner, F. R. et al.: Science, 277, 1453-1462 (1997) Fleischmann, R. D. et al. : Science, 269, 496-512 (1995) Lonetto, M., Gribskov, M., Gross, C. A.: J. Bacteriol., 174, 3843-3849 (1992) Lonetto, M. A., Brown, K. L., Rudd, K. E., Buttner, M. J. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 75737577 (1994) Merrick, M. J. : Mot. Microbiol., 10, 903-909 (1993) Penas, D. L. A., Connolly, L., Gross, C. A.: Mol. Microbiol., 24, 373-385 (1997) Connolly, L., Penas, D. L. A., Alba, B. M., Gross, C. A. : Genes Dev., 11, 2012-2021 (1997) Brutsche, S., Braun, V. : Mol. Gen. Genet., 256, 416-425 (1997) SubtiList Web Server : http://www.pasteur.fr/ Bio/SubtiList. html Yoshida, K., Fujita, Y., Sarai, A.: J. Mol. Biol., 231, 167-174 (1993) Yoshida, K., Ohmori, H., Miwa, Y., Fujita, Y. : J. Bacteriol., 177, 4813-4816 (1995) Haydon, D. J., Guest, J. R. : FEMS Microbiol. Lett., 79, 291-296 (1991) Rossbach, S., Kulpa, D. A., Rossbach, U., de Bruiin, F. J. : Mot. Gen. Genet., 245, 11-24 (1994) Hendrick, J. P., Hartl, F.-U.: Ann. Rev. Biochem., 62, 349-384 (1993) 枯草菌ゲノムと遺伝子の特徴 17)由 良 核酸 18) 19) 20) 21) 22) 23) Database Center for Life Science Online Service 24) 25) 26) 27) 28) 29) 30) 31) 32) 33) 34) 35) 隆 ・森 浩 禎 ・金 森 正 明 ・湯 沢 晴 美:蛋 白質 酵 素,37,2925-2934(1992) Narberhaus, F., Bahl. H.: J. Bacteriol., 174, 32823289 (1992) Mogk, A., Homuth, G., Scholz, C., Kim, L., Schmid, F. X., Schumann, W. : EMBO J., 16, 4579-4590 (1997) Hecker, M., Schumann, W., Volker, U.: Mol. Microbiol., 19, 417-428 (1996) Volker, U. et al. : Microbiology, 140, 741-752 (1994) Fujita, Y., Miwa, Y., Galinier, A., Deutscher, J. Mol. Microbiol., 17, 953-960 (1995) Nihashi, J., Fujita, Y. : Biochim. Biophys. Acta, 798, 88-95 (1984) Deutscher, J., Saier, M. H. Jr. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 80, 6790-6794 (1983) Deutscher, J., Pevec, B., Beyreuther, K., Kiltz, H.-H., Hengstenberg. W. : Biochemistry, 25, 6543-6551 (1986) Deutscher, J., Kuster, E., Bergstedt, U., Charrier, V., Hillen, W. : Mol. Microbiol., 15, 1049-1053 (1995) Miwa, Y., Nagura, K., Eguchi, S., Fukuda, H., Deutscher, J., Fujita, Y. : Mol. Microbiol., 23, 1203-1213 (1997) Gosseringer, R., Kuster, E., Galinier, A., Deutscher, J., Hillen, W. : J. Mol. Biol., 266, 665-676 (1997) Galinier, A., Haiech, J., Kilhoffer, M.-C., Jaquinod, M., Stulke, J., Deutscher, J., Martin-Verstraete, I.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 94, 84398444 (1997) Kuroda, A., Sekiguchi, J. : J. Gen. Microbiol., 136, 2209-2216 (1990) Longchamp, P. F., Mauel, C., Karamata, D. Microbiology, 140, 1855-1867 (1994) da Silva, E., Longchamp, P. F., Karamata, D. : Abstracts of the 9th Internatl. Conf. on Bacilli (1997) Regamey, A., Karamata, D. : Microbiology, 144, 885-893 (1998) Kuroda, A., Sekiguchi, J. : J. Bacteriol., 173, 73047312 (1991) Kuroda, A., Asami, Y., Sekiguchi, J. : J. Bacteriol., 36) 37) 38) 39) 40) 41) 42) 43) 44) 45) 46) 47) 48) 49) 50) 13 175, 6260-6268 (1993) Sekiguchi, J., Akeo, K., Yamamoto, H., Khasanov, F. K., Alonso, J. C., Kuroda, A. : J. Bacteriol., 177, 5582-5589 (1995) Moriyama, R., Hattori, A., Miyata, S., Kudoh, S., Makino, S. : J. Bacteriol., 178, 6059-6063 (1996) Ishikawa, S., Yamane, K., Sekiguchi, J. : J. Bacteriol., 180, 1375-1380 (1998) Londono-Vallejo, J.-A., Frehel, C., Stragier, P. Mol. Microbiol., 24, 29-39 (1997) Ishikawa, S., Hara, Y., Ohnishi, R., Sekiguchi, J. : J. Bacteriol., 180, 2549-2555 (1998) Ohnishi, R., Ishikawa, S., Sekiguchi, J. : J. Bacteriol., 181, 3178-3184 (1999) Neyfakh, A. A., Bidenko, V. E., Chen. L. B. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 4781-4785 (1991) Ahmed, M., Lyass, L., Markham., P. N., Talor, S. S., Vazquez-Laslop, N., Neyfakh, A. A.: J. Bacteriol., 177, 3904-3910 (1995) Ohki, R., Murata, M. : J. Bacteriol., 179,1423-1427 (1997) Sakaguchi, R., Amano, H., Shishido, K. : Biochim. Biophys. Acta., 950, 441-444 (1988) Kumano, M., Tamakoshi, A., Yamane, K.: Microbiology., 143, 2775-2782 (1997) van Veen, H. W., Venema, K., Bolhuis, H., Oussenko, I., Kok, J., Poolman, B., Driessen, A. J. M., Konings, W. N. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 93, 10668-10672 (1996) Midgley, M. : FEMS Microbiol. Lett., 120,119-124 (1994) Aspedon, A., Nickerson, K. W.: Can. J. Microbiol., 40, 184-191 (1993) Miyauchi, S., Komatsubara, M., Kamo, N. : Biochim. Biophys. Acta, 1110, 144-150 (1992) 藤 田泰 太 郎 略歴:1974年 京 都 大 学 農 学博 士,米 国衛 生 研 究 所(NIH) 客 員研 究 員,1977年 同 客 員 準 教 授,1978年 学 医 学 部 助 手,1987年 授,1989年 同教 授.研 浜松医科大 福 山大学工 学部生物工学科 助教 究 テ ー マ:枯 草 菌 代 謝 制 御 系 の 分 子遺 伝 学 お よび ゲ ノム解 析.関 心 事 ・抱 負:忍 び寄 る 老化 と闘 いな が らい か に精 神 を高 揚 させ る か. 1459
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