微生物の物質生産能力の向上にも期待 ～ ピルビン酸応答転写因子の微生物における新規な役割を同定
本研究は、日本学術振興会科学研究費補助金および長瀬科学技術振興財団研究助成金の支援を受けました。研究成果は、英国の国際誌「Microbial Genomics」（電子版）2020年9月25日付に掲載されました。
・大腸菌のピルビン酸応答転写因子PdhRが、脂質の異化経路を制御していることを同定した
・PdhRがTCA回路や乳酸代謝経路、グリコール酸代謝経路など、ピルビン酸の濃度に直接的に影響を与える複数の炭素源代謝経路の制御に関わっていることを同定した
・PdhRが鞭毛形成のための制御因子を制御することで、細胞の運動性を制御していることを同定した
・これらの結果から、ピルビン酸応答転写因子PdhRが制御する代謝経路の全体像やピルビン酸の新たな役割が理解され、ピルビン酸の恒常性を維持するための仕組みの理解に役立つ
・この研究成果は、微生物の代謝経路の改変にも利用でき、微生物を用いた物質生産などの応用に役立つ
ピルビン酸は解糖系の最終産物であり、代謝経路の中心に位置しているため、生物の生体内における主要な炭素化合物のひとつです。ピルビン酸の生体内における重要性や、関連する代謝経路を構成する酵素や遺伝子については長い研究の歴史があります。微生物において、細胞内のピルビン酸濃度の変化に適応するために、ピルビン酸応答転写因子PdhR（pyruvate dehydrogenase regulator）による転写制御が知られていました。しかしながらこれまでのPdhRの役割は特定の遺伝子の制御に限られており、ゲノム全体に対する役割までは分かっていませんでした。
2．研究内容と成果
本研究グループは大腸菌をモデル生物として、1つの生物の遺伝子制御の全体像の理解を目指しています。その一環で、PdhRについてGenomic SELEX法を用いてゲノム上の結合領域を決定したところ、脂質の異化経路、TCA回路や乳酸代謝経路、グリコール酸代謝経路などのピルビン酸に関与する代謝経路、また、鞭毛形成を制御する調節因子などの遺伝子群を制御標的としていることが同定されました（図1）。
3．今後の期待
本研究グループは、1つの生物の遺伝子発現制御機構の全体像を理解する目的で、大腸菌をモデル生物としてこれまでに数々の転写因子の機能同定に成功してきました。特に、本研究で新規機能が明らかとなったPdhR以外にも、グルコース飢餓に応答するCRP（cAMP receptor protein）や、細胞内のフルクトース-1Pなどに応答するCra（catabolite repressor activator）といった炭素源代謝の制御に重要なグローバルレギュレーターによる新規な遺伝子発現機構をゲノムスケールで明らかにしてきました。これらの機能解析は、生物の中心代謝経路を制御する仕組みの理解に役立つことはもちろんのこと、微生物を利用した物質生産にとても役立ちます。
4．発表論文
〈タイトル〉
Expanded roles of pyruvate-sensing PdhR in transcription regulation of Escherichia coli K-12 genome: fatty acid catabolism and cell motility
〈著者名〉
Takumi Anzai, Sousuke Imamura, Akira Ishihama and Tomohiro Shimada
〈雑誌名〉
Microbial Genomics
〈DOI〉
https://doi.org/10.1099/mgen.0.000442
・明治大学 農学部農芸化学科
応用生化学研究室
専任准教授 島田 友裕（しまだ ともひろ）
博士前期課程2年生 安西 拓実（あんざい たくみ）
・法政大学 マイクロ・ナノテクノロジー研究センター
客員教授 石浜 明（いしはま あきら）
・東京工業大学 科学技術創成研究院化学生命科学研究所
准教授 今村 壮輔（いまむら そうすけ）
明治大学農学部農芸化学科 応用生化学研究室 専任准教授：島田 友裕
TEL: 044-934-7102
＜取材に関するお問い合わせ＞
明治大学 広報課