研究成果 2010/05/31
システインはタンパク質の構成成分として生理的に重要なアミノ酸であり、抗酸化能があることから食品、化粧品、医薬品などの工業原料としても広く用いられています。現在、システインの製造は主に毛髪や羽毛の加水分解により行なわれていますが、加水分解に使う濃塩酸が環境に影響を及ぼす可能性があることから、微生物による発酵生産が望まれています。本学バイオサイエンス研究科の高木博史教授、大津厳生助教らのグループは、大腸菌によるシステインの発酵生産を目的とする研究を進めており、その過程で、システインが細胞内で発生する有害な過酸化水素を消去し、細胞を酸化ストレスから防御していることを明らかにしました。
システインは大腸菌の細胞内でほとんど検出されないが、細胞膜には細胞質から細胞表層空間（ペリプラズム）にシステインを輸送するタンパク質（トランスポーター）が複数存在しており、その生理的役割に興味が持たれていました。高木教授と大津助教らは、トランスポーターの一つYdeDを壊した大腸菌は過酸化水素に弱くなると同時に、YdeDを細胞膜に多数存在させると過酸化水素に耐性を示すことを見出しました。また、システインはペリプラズムで過酸化水素を水に還元し、その際自身は酸化されてシスチンというアミノ酸に変わった後、別の細胞膜タンパク質FliYによって細胞質に再び取り込まれること、およびFliYを壊した大腸菌も過酸化水素に弱くなることがわかりました。
以上の結果は、システインとシスチンがYdeDとFliYの働きによって細胞質とペリプラズムの間を循環しながら過酸化水素を水に変えて消去することを示しており、ユニークな酸化ストレス防御メカニズムとして「システイン／シスチンのシャトルシステム」を提唱しました。
本研究の成果により、システインの新たな生理機能、およびシステイントランスポーターの生理的意義が明らかになりました。今後、トランスポーターの機能を強化することで、細胞内で合成したシステインを効率良く細胞外に排出し、発酵生産性が向上した大腸菌を育種することが可能になります。また、同様の機構は高等生物にも存在すると考えられ、システインの美白効果などの解明にも役立つことが期待されています。この成果は、ジャーナル オブ バイオロジカル ケミストリー誌 (American Society for Biochemistry and Molecular Biology社、アメリカ) の平成22年6月4日付けの電子ジャーナル版に掲載されます。
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