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伊藤 政博イトウ マサヒロ

所属・担当
生命科学科
バイオ・ナノエレクトロニクス研究センター
生命科学専攻
職名教授
メールアドレス
ホームページURLhttp://www2.toyo.ac.jp/~ito1107/
生年月日
Last Updated :2017/07/19

研究者基本情報

学位

  • 博士(工学), 東京工業大学
  • 修士(工学), 東京工業大学

所属学協会

  • アメリカ微生物学会
  • アメリカ生化学・分子生物学会
  • 国際極限環境微生物学会
  • 極限環境生物学会
  • 日本農芸化学会
  • 日本分子生物学会
  • 日本生物物理学会
  • 日本細菌学会

委員歴

  •   2017年02月 - 現在, Frontier in Microbiology誌, Associate Editor
  •   2016年01月 - 現在, Journal of Biochemistry誌, Advisory Board Member
  •   2015年04月 - 2017年03月, 東洋大学大学院生命科学研究科生命科学専攻, 専攻長
  •   2015年01月 - 現在, Applied and Environmental Microbiology誌, Editorial Board Member
  •   2013年04月 - 現在, 東洋大学, 学術研究推進センター 副センター長
  •   2013年01月 - 現在, 極限環境生物学会, 庶務担当幹事
  •   2008年08月 - 2010年07月, 文部科学省研究振興局, 学術調査官(生物系・非常勤)

経歴

  •   2009年04月 - 現在, 東洋大学, 生命科学部, 教授
  •   2001年04月 - 2009年03月, 東洋大学, 生命科学部生命科学科, 助教授(准教授)
  •   1997年04月 - 2001年03月, 東洋大学, 生命科学部生命科学科, 講師
  •   1994年04月 - 1997年03月, マウントサイナイ医科大学, 生化学部, 博士研究員

研究活動情報

研究分野

  • 農芸化学, 応用微生物学
  • 生物科学, 生物物理学

研究キーワード

    Na^+, H^+アンチポーター, 好アルカリ性細菌, 枯草菌, Bacillus, Bacillus pseudofirmus, K^+, 極限環境微生物, アルカリ性適応機構, ホメオスタシス, Na^+サイクル, イオンチャネル, アンチポーター, 固定子, プロトン駆動力, K^+排出, べん毛モーター, イオンチャンネル, ハイブリットモーター, Ca^<2+>, ナトリウム駆動力, アルカリカチオン, アルカリカチオン輸送, PHホメオスタシス, ハイブリッドモーター, ナトリウムチャネル, 走化性, 好アルカリ性微生物, コール酸耐性

論文

  • Load-and polysaccharide-dependent activation of the Na+-type MotPS stator in the Bacillus subtilis flagellar motor., 寺原直矢、野口有希奈、中村修一、上池伸徳、伊藤政博、難波啓一、南野徹, Scientific Reports,   2017年04月
  • Nonconventional cation-coupled flagellar motors derived from the alkaliphilic Bacillus and Paenibacillus species, 伊藤政博、高橋優嘉, Extremophiles, 21, (1) 3 - 14,   2017年01月
  • Differences in the phenotypic effects of mutations in homologous MrpA and MrpD subunits of the multi-subunit Mrp-type Na+/H+ antiporter, 守野正人、大胡田慎一郎、Terry Ann Krulwich、伊藤政博, Extremophiles, 21, (1) 51 - 64,   2017年01月
  • Chapter 24, Ion Selectivity of the Flagellar Motors Derived from the Alkaliphilic Bacillus and Paenibacillus species, The Bacterial Flagellum: Methods and Protocols , 高橋優嘉、伊藤政博, Methods in Molecular Biology,   2017年
  • A novel type bacterial flagellar motor that can use divalent cations as a coupling ion, Riku Imazawa, Yuka Takahashi, Motohiko Sano, Wataru Aoki, Masahiro Ito, Scientific Reports, 6, e19773 - g0000197042,   2016年01月
  • Draft Genome Sequence of Methylobacterium sp. ME121, isolated from soil as a mixed single colony with Kaistia sp. 32K, Fujinami S, Takeda-Yano K, Onodera T, Satoh K, Shimizu T, Wakabayashi Y, Narumi I, Nakamura A, Ito M, Genome Announcements, 3, (5) ,   2015年09月
  • Genome Sequence of the Deep-Sea Denitrifier Pseudomonas sp. Strain MT-1 isolated from the Mariana Trench, Fujinami S, Oikawa Y, Araki T, Shinmura Y, Midorikawa R, Ishizaka H, Kato C, Horikoshi K, Ito M, and Tamegai H., Genome Announcements, 2, (6) ,   2014年12月
  • Ionic selectivity and thermal adaptations within the voltage-gated sodium channel family of alkaliphilic Bacillus, DeCaen PG, Takahashi Y, Krulwich TA, Ito M, Clapham DE., eLife, 3,   2014年11月
  • Draft Genome Sequence of Bacillus alcalophilus AV1934, a Classic Alkaliphile Isolated from Human Feces in 1934., Attie O, Jayaprakash A, Shah H, Paulsen IT, Morino M, Takahashi Y, Narumi I, Sachidanandam R, Satoh K, Ito M, and Krulwichc TA., Genome Announcements, 2, (6) ,   2014年11月
  • Suppressor mutants from MotB-D24E and MotS-D30E in the flagellar stator complex of Bacillus subtilis., Takahashi Y., Koyama K., Ito M., Journal of General and Applied Microbiology, 60, (4) 131 - 139,   2014年10月
  • Draft Genome Sequence of Calcium-dependent Paenibacillus sp. Strain TCA20, Isolated from a Hot Spring Containing a High Concentration of Calcium Ions., Fujinami S, Takeda-Yano K, Onodera T, Satoh K, Sano M, Takahashi Y, Narumi I, Ito M., Genome Announcements, 2, (5) ,   2014年09月
  • Draft Genome Sequence of Potassium-Dependent Alkaliphilic Bacillus sp. Strain TS-2 isolated from a jumping spider., Fujinami S., Takeda K., Onodera T., Satoh S., Sano M., Narumi I., Ito M., Genome Announcements, 2, (3) ,   2014年05月
  • Mutational analysis of charged residues in the cytoplasmic loops of MotA and MotP in the Bacillus subtilis flagellar motor., 高橋優嘉、伊藤 政博, Journal of Biochemistry, 156, (4) 211 - 220,   2014年04月
  • Purification and functional reconstitution of a seven-subunit mrp-type na+/h+ antiporter., Morino M, Suzuki T, Ito M, Krulwich TA, Journal of bacteriology, 196, 28 - 35,   2014年01月
  • Draft Genome Sequence of Sodium-Independent Alkaliphilic Microbacterium sp. Strain TS-1., Fujinami S, Takeda K, Onodera T, Satoh K, Sano M, Narumi I, Ito M, Genome announcements, 1,   2013年12月
  • Functional expression of the multi-subunit type calcium/proton antiporter from Thermomicrobium roseum., Morino M, Ito M, FEMS microbiology letters, 335, 26 - 30,   2012年10月
  • A Bacillus flagellar motor that can use both Na+ and K+ as a coupling ion is converted by a single mutation to use only Na+., Terahara N, Sano M, Ito M, PloS one, 7,   2012年
  • Genome of alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4 reveals adaptations that support the ability to grow in an external pH range from 7.5 to 11.4., Janto B, Ahmed A, Ito M, Liu J, Hicks DB, Pagni S, Fackelmayer OJ, Smith TA, Earl J, Elbourne LD, Hassan K, Paulsen IT, Kolstø AB, Tourasse NJ, Ehrlich GD, Boissy R, Ivey DM, Li G, Xue Y, Ma Y, Hu FZ, Krulwich TA, Environmental microbiology, 13, 3289 - 3309,   2011年12月
  • The relationship between a coiled morphology and Mbl in alkaliphilic Bacillus halodurans C-125 at neutral pH values., Fujinami S, Sato T, Ito M, Extremophiles : life under extreme conditions, 15, 587 - 596,   2011年09月
  • Single site mutations in the hetero-oligomeric Mrp antiporter from alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4 that affect Na+/H+ antiport activity, sodium exclusion, individual Mrp protein levels, or Mrp complex formation., Morino M, Natsui S, Ono T, Swartz TH, Krulwich TA, Ito M, The Journal of biological chemistry, 285, 30942 - 30950,   2010年10月
  • Motility and chemotaxis in alkaliphilic Bacillus species., Fujinami S, Terahara N, Krulwich TA, Ito M, Future microbiology, 4, 1137 - 1149,   2009年11月
  • Cation/proton antiporter complements of bacteria: why so large and diverse?, Krulwich TA, Hicks DB, Ito M, Molecular microbiology, 74, 257 - 260,   2009年10月
  • Characterization of Bacillus subtilis YfkE (ChaA): a calcium-specific Ca2+/H+ antiporter of the CaCA family., Fujisawa M, Wada Y, Tsuchiya T, Ito M, Archives of microbiology, 191, 649 - 657,   2009年08月
  • Mutations alter the sodium versus proton use of a Bacillus clausii flagellar motor and confer dual ion use on Bacillus subtilis motors., Terahara N, Krulwich TA, Ito M, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105, 14359 - 14364,   2008年09月
  • Single gene deletions of mrpA to mrpG and mrpE point mutations affect activity of the Mrp Na+/H+ antiporter of alkaliphilic Bacillus and formation of hetero-oligomeric Mrp complexes., Morino M, Natsui S, Swartz TH, Krulwich TA, Ito M, Journal of bacteriology, 190, 4162 - 4172,   2008年06月
  • The voltage-gated Na+ channel NaVBP co-localizes with methyl-accepting chemotaxis protein at cell poles of alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4., Fujinami S, Sato T, Trimmer JS, Spiller BW, Clapham DE, Krulwich TA, Kawagishi I, Ito M, Microbiology (Reading, England), 153, 4027 - 4038,   2007年12月
  • Three two-component transporters with channel-like properties have monovalent cation/proton antiport activity., Fujisawa M, Ito M, Krulwich TA, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 104, 13289 - 13294,   2007年08月
  • Catalytic properties of Staphylococcus aureus and Bacillus members of the secondary cation/proton antiporter-3 (Mrp) family are revealed by an optimized assay in an Escherichia coli host., Swartz TH, Ito M, Ohira T, Natsui S, Hicks DB, Krulwich TA, Journal of bacteriology, 189, 3081 - 3090,   2007年04月
  • Na(+) and flagella-dependent swimming of alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4: a basis for poor motility at low pH and enhancement in viscous media in an "up-motile" variant., Fujinami S, Terahara N, Lee S, Ito M, Archives of microbiology, 187, 239 - 247,   2007年03月
  • An intergenic stem-loop mutation in the Bacillus subtilis ccpA-motPS operon increases motPS transcription and the MotPS contribution to motility., Terahara N, Fujisawa M, Powers B, Henkin TM, Krulwich TA, Ito M, Journal of bacteriology, 188, 2701 - 2705,   2006年04月
  • The activity profile of the NhaD-type Na+(Li+)/H+ antiporter from the soda Lake Haloalkaliphile Alkalimonas amylolytica is adaptive for the extreme environment., Liu J, Xue Y, Wang Q, Wei Y, Swartz TH, Hicks DB, Ito M, Ma Y, Krulwich TA, Journal of bacteriology, 187, 7589 - 7595,   2005年11月
  • The Mrp system: a giant among monovalent cation/proton antiporters?, Swartz TH, Ikewada S, Ishikawa O, Ito M, Krulwich TA, Extremophiles : life under extreme conditions, 9, 345 - 354,   2005年10月
  • NhaK, a novel monovalent cation/H+ antiporter of Bacillus subtilis., Fujisawa M, Kusumoto A, Wada Y, Tsuchiya T, Ito M, Archives of microbiology, 183, 411 - 420,   2005年09月
  • Properties of motility in Bacillus subtilis powered by the H+-coupled MotAB flagellar stator, Na+-coupled MotPS or hybrid stators MotAS or MotPB., Ito M, Terahara N, Fujinami S, Krulwich TA, Journal of molecular biology, 352, 396 - 408,   2005年09月
  • MotPS is the stator-force generator for motility of alkaliphilic Bacillus, and its homologue is a second functional Mot in Bacillus subtilis., Ito M, Hicks DB, Henkin TM, Guffanti AA, Powers BD, Zvi L, Uematsu K, Krulwich TA, Molecular microbiology, 53, 1035 - 1049,   2004年08月
  • The voltage-gated Na+ channel NaVBP has a role in motility, chemotaxis, and pH homeostasis of an alkaliphilic Bacillus., Ito M, Xu H, Guffanti AA, Wei Y, Zvi L, Clapham DE, Krulwich TA, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101, 10566 - 10571,   2004年07月
  • Modulation of the K+ efflux activity of Bacillus subtilis YhaU by YhaT and the C-terminal region of YhaS., Fujisawa M, Wada Y, Ito M, FEMS microbiology letters, 231, 211 - 217,   2004年02月
  • Mutational loss of a K+ and NH4+ transporter affects the growth and endospore formation of alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4., Wei Y, Southworth TW, Kloster H, Ito M, Guffanti AA, Moir A, Krulwich TA, Journal of bacteriology, 185, 5133 - 5147,   2003年09月
  • Decrease in cytoplasmic pH-homeostastatic activity of the alkaliphile Bacillus lentus C-125 by a cell wall defect., Ito M, Aono R, Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 66, 218 - 220,   2002年01月

MISC

  • 世界初:2価陽イオンで駆動するべん毛モーターCa2+やMg2+でもべん毛は回転する, 伊藤 政博, 化学と生物, 55, (4) 240 - 241,   2017年03月, 査読有り, 招待有り, べん毛モーターは細菌の主要な運動器官である.筆者らは,2価の陽イオンを駆動力として利用できる世界初のモーターをもつ微生物(Paenibacillus sp. TCA20株)を鶴巻温泉(神奈川県秦野市)の高濃度のカルシウムイオンを含む温泉水から発見した.
  • 好アルカリ性細菌のK+/Rb+駆動型べん毛モーター~第三のイオンで働くナノマシンの発見 ~, 伊藤 政博, 化学と生物, 52, (12) 793 - 795,   2014年12月, 査読有り, 招待有り, 好アルカリ性細菌は,pH 10付近の高アルカリ性環境で良好に生育し,一般にナトリウムイオン(Na+)を要求する”.この説明は,今から25年前に筆者が東京工業大学の掘越弘毅先生の研究室に入り,好アルカリ性細菌の研究を始めたころから現在に至るまで教科書や専門書などでよく見かける文章だ.その当時,好アルカリ性細菌が生産する菌体外酵素は,すでに洗濯物の汚れ落とし効果を向上させるために洗剤に添加されていたり,安価なデンプン原料からの付加価値のあるサイクロデキストリンの大量生産に利用されていたりと工業的に有用であると注目されていた.
  • 13.好アルカリ性細菌の高アルカリ性環境適応機構, 高橋優嘉、伊藤政博, 日本乳酸菌学会誌, 25, (3) 177 - 177,   2014年11月, 査読有り, 招待有り
  • 第3のイオンで動くハイブリッドナノマシン, 寺原直矢、佐野元彦、伊藤政博, 生物物理, 54, (1) 22 - 23,   2014年01月, 査読有り
  • 第3のイオンで駆動するハイブリッド型生物モーターの発見, 寺原直矢、佐野元彦、伊藤政博, バイオサイエンスとインダストリー, 71, (4) 346 - 348,   2013年04月, 招待有り
  • 好アルカリ性細菌のアルカリ適応機構(極限環境微生物,<特集>バイオ技術10年の軌跡,創立90周年記念特別企画), 藤浪 俊, 守野 正人, 伊藤 政博, 生物工学会誌 : seibutsu-kogaku kaishi, 90, (11) 692 - 695,   2012年11月25日
  • 微生物に学ぶアルカリ性環境適応戦略(セミナー「生物のストレス受容のメカニズム-分子レベルから細胞レベルまで-」), 伊藤 政博, 低温生物工学会誌, 57, (1) 25 - 32,   2011年04月15日, Alkaliphiles, which are capable of growth in an extremely alkaline environment, serve as a model system to understand the physiological mechanisms allowing microbial growth under extreme environmental conditions. The internal pH of alkaliphiles is kept 2 units lower than the external pH 10 or higher. In alkaliphilic Bacillus, Na^+-dependent pH homeostasis involves the Na^+/H^+ antiport activities as well as Na^+ re-entry routes. A predominant role was evident for the NaChBac (voltage-dependent) Na channel of alkaliphilic B. pseudofirmus OF4 at sub-optimal [Na^+]. NaChBac mutants exhibit a s...
  • 環境に応じて2種類のエネルギーを使い分ける : ハイブリッド型生物モーターべん毛モーターの固定子から考える細菌の環境適応と進化, 伊藤 政博, 寺原 直矢, 化学と生物, 47, (7) 473 - 479,   2009年07月01日, 一般に,好アルカリ性細菌は,プロトン駆動力ではなくナトリウム駆動力を利用してべん毛モーターを駆動し遊泳していると考えられてきた(1).そして,そのエネルギー変換ユニットに当たるNa+ 駆動型の固定子MotPSも同定されていた.しかし,全ゲノム解読が終了した好アルカリ性細菌 Bacillus clausii KSM-K16 株は,MotPSではなく好中性細菌がもつプロトン駆動型の固定子MotABをもっていた.この固定子の機能を解析した結果,通常のゲノムアノテーションだけでは発見できない,この細菌が高アルカリ性環境に適応するためにとった進化戦略を垣間見ることができた.
  • 枯草菌のべん毛モーターに学ぶハイブリッドモーター, 寺原 直矢, 伊藤 政博, バイオサイエンスとインダストリー = Bioscience & industry, 66, (7) 366 - 368,   2008年07月01日
  • 1価カチオン/プロトン対向輸送活性を持つチャネル様二成分系トランスポーター, 藤澤 誠, 伊藤 政博, バイオサイエンスとインダストリー = Bioscience & industry, 66, (6) 300 - 302,   2008年06月01日
  • 枯草菌のべん毛モーターはハイブリッド・モーター : 外環境の変化に適応するためにH^+駆動型とNa^+駆動型両方を獲得か?, 伊藤 政博, 化学と生物, 45, (2) 84 - 85,   2007年02月01日
  • 生体におけるナトリウムイオンサイクル : 好アルカリ性バチルス属細菌で見つかった2つのナトリウムチャネル, 伊藤 政博, 生物物理, 46, (1) 20 - 25,   2006年01月25日, 好アルカリ性細菌Bacillus pseudofirmus OF4株からべん毛モーター固定子のNaチャネルMotPSと真核生物がもつ膜電位開閉型Naチャネルに相同性をもつ細菌由来のNaチャネルNaChBacを同定し.その解析を行った.これらの結果から, 好アルカリ性バチルス属細菌がもつ2つのNaチャネルの生理的な役割について解説する.
  • ゲノムシャフリングによる有用微生物の創製, 伊藤 政博, 生物工学会誌 : seibutsu-kogaku kaishi, 82,   2004年04月25日

書籍等出版物

  • 極限環境生命- 生命の起源を考え,その多様性に学ぶ -
    伊藤 政博
    共著1章、4章、5章コロナ社  2014年11月極限環境生命(Extremophiles)は,近年,その産業への応用が注目を集めている。本書は,好熱性,好冷性,好アルカリ性,好酸性,好塩性,好圧性,乾燥耐性など,極限環境に生息する,おもに微生物について解説した。
  • ベーシックマスター 微生物学 (BASIC MASTER SERIES)
    オーム社  2006年12月

受賞

  •   2012年06月, 東洋大学, 井上円了賞
  •   2011年03月, 日本学術振興会, 第7回日本学術振興会賞 (生物系)
  •   2005年11月, 極限環境微生物学会, 極限環境微生物学会研究奨励賞
  •   2002年09月, 国際極限環境微生物学会, ISE Award

競争的資金

  • ハイブリット型生物モーターのイオン選択透過分子機構の解明, 文部科学省, 科学研究費補助金(新学術領域研究(研究領域提案型)), 伊藤 政博
  • Mrp型Na+/H+アンチポーターのイオン選択透過機構とイオン輸送経路の解明, 文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(C)), 伊藤 政博
  • バチルス属細菌がもつ新奇なべん毛モーター固定子複合体の機能と構造の解明, 文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(B), 基盤研究(B)), 伊藤 政博, これまで好アルカリ性細菌から新規なNa^+駆動型のべん毛モーター固定子MotPSを発見し、枯草菌の2つの固定子MotABとMotPSの各サブユニットの機能的な役割を解明した。更に、pH7から11付近まで生育が可能な好アルカリ性細菌Bacillus clausiiのべん毛モーターが、これまでに例のない環境pH応答型のべん毛モーターであることを明らかにした。これらの成果を踏まえ、今回の申請では(1)枯草菌が持つべん毛モーターについてモーターのトルク特性を解析すること、(2)枯草菌のべん毛固定子MotAB、MotPSと相互作用する側の回転子複合体の構成タンパク質であるFliGに着目し、モーターの回転に重要なアミノ酸残基を特定すること、(3)枯草菌が持つNa^+駆動型固定子MotPSについて、大量精製系を確立してX線結晶構造解析を行い、モーターの回転機構を原子レベルで解明することを目的とした。2011年度は、(1)では、培地、測定用バッファーのどちらを使用した場合も枯草菌のべん毛モーターが2種類の固定子を含むハイブリッドモーターであることを示すデータを得た。これに加えて固定子と蛍光タンパク質を融合した固定子を枯草菌内で発現し、固定子の局在においても2種類の固定子MotABとMotPSが共局在している結果を得た。現在、これらの成果は、投稿準備中である。(2)では、枯草菌でこれまで明らかにされていないべん毛モーターの回転子と固定子の回転相互作用に関与するアミノ酸残基の同定を部位特異的変異導入法により作成した変異株を用いて試みた。野生型の固定子をもつ株に部位特異的変異導入をした固定子を共発現させるドミナントネガティブ実験を行い、固定子の発現と変異箇所の影響から構造面と機能面に重要なアミノ酸残基の同定を行うことができた。現在、この成果は投稿準備中である。また、回転子側のタンパク質FliGに関しても、現在、機能面で重要なアミノ酸残基の同定を行っている。(3)では、枯草菌のMotPSについて大量精製系の確立と結晶化への試みを進めている。
  • 好アルカリ性細菌のNa^+チャネル欠損によって生じる走化性異常の分子機構の解明, 文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(C)), 伊藤 政博, 本研究では、好アルカリ性細菌Bacillus pseudofirmus OF4株のべん毛形成と運動特性の解析、電位駆動型Naチャネル欠損によって生じる走化性異常の分子機構の解明を目的とした。この機構を解明することで、好アルカリ性細菌のNa^+サイクルと走化性の関係が明らかになるのではないかと期待された。まず、OF4株のべん毛形成と運動特性の解析を行った。同時に以前に取得した軟寒天培地上での運動性向上株と野生株とのさまざまな条件での運動性の比較を行った。次に、これらの結果を基にOF4株の電位駆動型Naチャネル欠損によって生じる走化性の異常がどのような分子機構よって起こるのか解明することを目的とした。OF4株の中性環境での運動性が低下する理由は、べん毛の発現が抑制されるからではなく、中性環境下ではNa^+駆動型のべん毛モーターがH^+により競合阻害を受けているという可能性や、中性環境下における電気化学的ポテンシャル.の低さが影響している可能性が考えられた。一般に、pH7付近まで生育が可能な好アルカリ性細菌は、生育においてアルカリ性よりも中性環境下でより多くのNa^+を要求する性質があり、べん毛モーターにもこれが当てはまるのではないかと示唆された。運動性向上株の高粘性液体培地やアルカリ性軟寒天培地上での運動性の向上には、べん毛の本数の増加による複数のべん毛が束になった構造(バンドル構造)を形成したことが起因していると考えられた。また、Na_vBPとMcpXが細胞の極で共局在していること、Na_vBP欠損株の走化性異常はMcpXの脱局在化が寄与している可能性が示唆された。桿菌においてMCPは細胞の極に局在化することが知られているが、膜電位駆動型チャネルが極に局在しているという報告例はこれまでになく、新規性の高い発見である。微生物の電位駆動型イオンチャネルは、哺乳類のイオンチャネルの構造解析に役立っており、この結果は好アルカリ性細菌の研究だけでなく、イオンチャネルの研究においても役立つことが期待される。
  • 枯草菌のホメオスタシスにおけるアルカリカチオン輸送系の役割, 文部科学省, 科学研究費補助金(特定領域研究), 伊藤 政博, 枯草菌のホメオスタシスに関与するアルカリカチオン輸送系の研究は、全ゲノムが明らかになったことがきっかけとなり解明が進んでいる。枯草菌では、Na^+またはK^+を細胞内のpH調節、物質輸送の共役イオン、膨圧の維持などに利用する。枯草菌のホメオスタシスに関わるアルカリカチオン輸送系タンパク質の生理的機能を解明し、その制御機構を明らかにすることは、ポストゲノム研究における基軸微生物である枯草菌細胞の環境適応戦略機構の体系的な理解に貢献することが期待された。データベースを調べると枯草菌には、アルカリカチオン輸送系に関与することが推定される機能未同定タンパク質が複数存在する。本研究では、アルカリカチオン輸送系に関与する機能未同定タンパク質の機能解明から関連する他のタンパク質との発現制御や環境適応戦略としての相互関係についての解明を行い、枯草菌におけるアルカリカチオンの循環機構を体系的に解明することを目的としている。平成16年度は、各候補遺伝子の多重欠損株や各種ストレス環境での各候補遺伝子のpMutin破壊株を用い、各遺伝子の発現パターンの変化を複数の実験方法を用いて詳しく調べた。生理機能解明を始めている機能未同定遺伝子のうち以下の知見を得た。(1)YvgPが、Na^+、Li^+、K^+、Rb^+を基質とするH^+とのアンチポーター活性を持つこと。YvgPが常に発現していること。(2)YjbQは、低K^+環境ではK^+の取り込みに、高K^+環境ではK^+の排出に関与すること。(3)YfkEは、Ca^<2+>/H^+アンチポーターとして機能し、SigBとSigG依存であること。おそらく、YfkEの生理的役割は、細胞内のCa^<2+>ホメオスタシスにかかわることがわかってきた。(4)枯草菌の鞭毛モーター固定子としてNa^+チャンネルとして働くMotPSを同定し、枯草菌でもH^+駆動力以外にNa^+駆動力で鞭毛を回転させることを明らかにした。
  • 枯草菌のホメオスタシスにおけるアルカリカチオン輸送系の役割, 文部科学省, 科学研究費補助金(特定領域研究), 伊藤 政博, 枯草菌のホメオスタシスに関与するアルカリカチオン輸送系の研究は、全ゲノムが明らかになったことがきっかけとなり解明が進んでいる。大腸菌などのグラム陰性菌と枯草菌とでは、細胞のホメオスタシスに関わるアルカリカチオンの循環機構に関与する既知遺伝子同士に相同性は見られない。よって枯草菌においては、新規な機構の発見が期待される。枯草菌のデータベースを調べると少なくともあと6つのNa^+の排出に関わる候補と4つのK^+の取り込みに関与する候補と2つのK^+の排出に関与する候補が存在する。本研究では、これらの機能未同定タンパク質の機能を明らかにすることにより、ポストゲノム研究における基軸生物として位置づけられている枯草菌のアルカリカチオン循環機構の全貌を解明することを目的とする。2003年度の成果としては、生理機能解明を始めている機能未同定遺伝子のうち以下の知見を得た。1.Na^+/H^+アンチポーターと相同性のあるyhaUを含むyhaSTUオペロンが、高アルカリ性pHや高塩濃度で転写が促進されること。2.YhaUによるK^+排出は、同じオペロンにコードされたYhaSのC-末端側とYhaTによって調節されること。3.KtrA-KtrBが高親和性のK^+取込み機構であり、KtrC-KtrDが低親和性のK^+取込み機構として働くこと。4.これら2種類のK+取り込み系を欠損した変異株は、低K^+濃度でも生育が可能なことからこれら以外にK+取り込みを行うシステムが存在することが示唆された。5.YvgPが、アルカリ性に至適pHを持つNa^+/H^+アンチポーターであること。6.新たにyrvCDオペロンの遺伝子産物がK^+取り込みに関与すること。7.YfkEは、Ca^<2+>/H^+アンチポーターとして機能し、Na^+/H^+アンチポーター活性を持たないこと。8.yfkEDオペロンは、SigBおよびSigG依存であること。
  • 新規多機能型Na^+/H^+アンチポーターMrp複合体の構造と機能の解明, 文部科学省, 科学研究費補助金(若手研究(B)), 伊藤 政博, 好アルカリ性BaCillus pseudofirmus OF4の新規複合体型Na^+/H^+アンチポーターMrpの生理的機能を明らかにするため、平成16年度は、以下のような実験を行ない、有用な結果を得た。まず、はじめにMrpシステムは二次能動輸送系のNa^+/H^+アンチポートを触媒し、さらに一次能動輸送モードを持っていると仮定されていた。この仮定は、大腸菌の呼吸鎖欠損変異株を用いた非発酵条件での生育でMrpに依存した相補が観察されたことが理由の一つであった。しかし、この相補には、大腸菌由来のリンゴ酸キノン酸化還元酵素の増加が関係し、Mrpの触媒活性ではないことを明らかにした。また、Mrpシステムの各サブユニットそれぞれのHis-tag融合タンパク質の発現、精製およびHis-tag抗体を用いたウエスタンブロットによる検出に成功した。また、各Mrpサブユニットに対するポリクローナル抗体を作製し、その検出を試みた。その結果、MrpEとMrpGに対するポリクローナル抗体以外の抗体を用いた場合は、各His-tag融合タンパク質をHis-tag抗体と同様にウエスタンブロットで検出することができた。検出できなかったMrpGに関しては、7つのサブユニットを同時に発現させる場合、His-tagやS-tagを付加して、発現させるので、複合体精製の実験でのウエスタンブロットでの検出に問題が生じなかったが、MrpEに関しては、現在、再度新しいポリクローナル抗体を作製中である。Mrp複合体の精製は、現在までに成功していないが、各サブユニットの一部にtagを付加し、活性に影響を与えないことを確認した発現プラスミドを構築したので、これを用いて大量精製をおこなう予定である。
  • 枯草菌のホメオスタシスにおけるアルカリカチオン輸送系の役割, 文部科学省, 科学研究費補助金(特定領域研究), 伊藤 政博, 枯草菌のホメオスタシスに関与するアルカリカチオン輸送系の研究は、全ゲノムが明らかになったことがきっかけとなり解明が進んでいる。大腸菌などのグラム陰性菌と枯草菌とでは、細胞のホメオスタシスに関わるアルカリカチオンの循環機構に関与する既知遺伝子同士に相同性は見られない。よって枯草菌においては、新規な機構の発見が期待される。枯草菌のデータベースを調べると少なくともあと7つのNa^+の排出に関わる候補と4つのK^+の取り込みに関与する候補と2つのK^+の排出に関与する候補が存在する。本研究では、これらの機能未同定タンパク質の機能を明らかにすることにより、枯草菌におけるアルカリカチオンの循環機構の全貌を解明することを目的としている。2002年度の成果としては、生理機能解明を始めている機能未同定遺伝子のうち以下の知見を得た。1、Na^+/H^+アンチポーターと相同性のあるyhaUが、高アルカリ性pHや高塩濃度で転写が促進されること。2、YhaUによるK^+輸送は、同じオペロンにコードされたYhaSとYhaTによって調節されること。3、YuaA-YubGが高親和性のK^+取込み機構であり、YkrM-YkqBが低親和性のK^+取込み機構として働くこと。4、YvgPが、Na^+/H^+アンチポーター活性を持つこと。5、yjbQ欠損株は、定常期後期で溶菌すること。6、YybF、YhcAは、Na^+とK^+の輸送に直接的には、関わらないこと。7、YfkEは、Ca2^+/H^+アンチポーターとして機能し、Na^+/H^+アンチポーター活性を持たないこと。8、yfkEDオペロンは、SigG依存であること。
  • 枯草菌のホメオスタシスにおけるアルカリカチオン輸送系の役割, 文部科学省, 科学研究費補助金(特定領域研究(C)), 伊藤 政博, 枯草菌のホメオスタシスにおけるアルカリカチオン輸送系の役割を明らかにするため、平成13年度は、以下のような実験を行ない、有用な結果を得た。まず、枯草菌のゲノムデータベース上からアルカリカチオン輸送系に関わる機能未同定タンパク質を検索し、7つのNa^+の排出に関わる候補と4つのK^+の排出に関わる候補と2つのK^+の取り込みに関わる候補が存在することを明らかにし、遺伝子のクローニングを行うこととそれらの欠損変異株の構築および取得を行った。そして、一部の遺伝子のクローニングを残してはいるが、ほぼこの目的を達成した。これらは、平成14年度以降に本格化する各遺伝子の生理的機能解明や枯草菌細胞内でのそれぞれの遺伝子産物の役割を網羅的に解析するための実験材料として利用する予定でいる。また、クローニングが完了した候補遺伝子を、塩基配列を確認後、順次、大腸菌や枯草菌のNa^+/H^+アンチポーターやK^+の取り込みと排出に関与する遺伝子を欠損した変異株への形質転換を行い、相補実験を行っている。そして、これまでに以下のような新たな知見を得た。(1)Na^+/H^+アンチポーターと相同性のあるYhaUがK^+を排出すること。(2)YhaUのK^+排出は、同じオペロンにコードされたYhaSとYhaTによって抑制されること。(3)YuaA、YubG、YkrM、YkqBが枯草菌における主要なK^+取り込み系であること。今後、クローニングした残りの遺伝子に関しても生理学的及び遺伝子工学的アプローチを行い、機能解明を進める予定でいる。
  • 好アルカリ性細菌の新規複合体型Na^+/H^+アンチポーターMrpに関する研究, 文部科学省, 科学研究費補助金(奨励研究(A)), 伊藤 政博, 好アルカリ性Bacillus pseudofirmus OF4の新規複合体型Na^+/H^+アンチポーターMrpの生理的機能を明らかにするため、平成13年度は、以下のような実験を行ない、有用な結果を得た。まず、平成12年度にMrpが膜電位に依存した二次輸送系としてばかりではなく一次輸送系としても機能しうることが示唆されたことを踏まえて、次のような実験を行った。7つのサブユニットからなるMrpの各サブユニットの役割を明らかにする第一歩としてMrpAとMrpCの部位特異的変異プラスミドを構築した。これらの変異プラスミドをNa^+/H^+アンチポーターや呼吸鎖の一部を欠損した大腸菌変異株に形質転換し、相補実験を行った。実験の結果、MrpAでは一次輸送系と二次輸送系の両方の機能の同時に喪失することが明らかになった。これからMrpAは、これらの機能に必要不可欠であることが示唆された。次にMrpCでは二次輸送系で機能するNa^+/H^+アンチポーター活性は保持するが、膜電位を消失させてしまうと一次輸送系として機能する細胞内Na^+濃度の維持機能を喪失するが明らかになった。これからMrpCは、一次輸送系の機能に関わる重要なサブユニットであることが示唆された。今後、同様の実験系で他のサブユニットの役割についても明らかにする予定でいる。次に、平成12年度にOF4株にとってmrpオペロンを欠損することが致死的であることが示唆され、今年度は、染色体上のMrpオペロンのプロモーターをP_プロモーターに改変し、条件致死変異株の構築を試みたが、成功しなかった。この理由としては、実験に使用した温度感受性プラスミドの温度感受性が喪失してプラスミドの除去がうまくいかなかったことなどが考えられる。今後、他のアプローチによりMrp変異株の構築を検討中である。
  • 好アルカリ性バチルス属細菌のアルカリ適応に関与するmrpオペロンに関する研究, 文部科学省, 科学研究費補助金(奨励研究(A)), 伊藤 政博, 昨年度までにNa^+イオンの排出や細胞内pHホメオスタシスに関与する遺伝子群mrpオペロンを好アルカリ性Bacillus firmus OF4株からクローニングすることに成功した。本遺伝子群の全塩基配列は、GenBankに登録した(アクセス番号:AF097740)。本年度は、OF4株の全mrpオペロンを含む遺伝子断片をベクターpMW118に連結し、主要なNa^+/H^+アンチポーターを欠損している大腸菌Knabc株に形質転換し生理的機能解析を試みた。形質転換株は、Knabc株が生育できない0.2M-NaCl濃度以上の培地で良好に生育した。また、形質転換株から調製した反転膜小胞を用いた実験より、本遺伝子にコードされているタンパク質が、Na^+/H^+アンチポーター活性を持つことを明らかにした。遺伝子の一部をプラスミド上で欠失させるとNa^+/H^+アンチポーター活性が消失し、Knabs株の欠損を相補できなくなった。このことから、本遺伝子群のNa^+/H^+アンチポーター活性には、少なくとも7つすべての遺伝子産物が関与していることが明らかになった。しかし、7つの遺伝子産物すべてで大きな複合体を形成してNa^+/H^+アンチポーターとして機能しているのか、一部はシャペロンや複合体の安定性に関与するだけなのかは現在のところ不明である。今後、本遺伝子産物の精製を試みることによりこのことが明らかになることが期待される。別のアプローチとして相同的組み換え技術を用いて染色体上のmrpオペロンの欠失を試みた。しかし、この遺伝子群の欠失変異株を取得することは全く出来なかった。同様の実験を枯草菌で行った場合、欠失変異株が容易に取得できた。このことは、枯草菌が、Na^+とK^+どちらかのカチオンを用いて生育を維持できるのに対し、好アルカリ性細菌Bacillus firmus OF4株は、生育にNa^+を必須とし、おそらく菌のNa^+サイクルの主要な役割を果たしているため、mrpオペロンの欠損が菌にとって致死的な変異になるためと考えられた。