Matsuyama University Repository / 松山大学機関リポジトリ

松山大学博士（薬学）2023年度doctoral thesi

中村, 梨佐

ナカムラ, リサ

Nakamura, Risa

 
学位（博士）論文の要旨及び審査結果の要旨 
学 位 記 番 号 乙第二号 学位授与年月日 令和６年３月１９日 
氏  名 （カナ） 中村（松波） 梨佐 （ナカムラ（マツナミ） リサ） 
論 文 題 目 (和) 
高度好塩古細菌の走光性センサー・トランスデューサー間のシグナル伝
達分子機構解明に向けた新たな視点の構築 
論 文 題 目 (洋) 
A New Perspective on the Molecular Mechanism of Signal 
Transduction between Phototaxis Sensor and Transducer 
Proteins in Highly Halophilic Archaea 
審 査 委 員 
主査： 松山大学 教授   中島 光業 
副査： 松山大学 准教授  田邊 知孝 
副査： 松山大学 准教授  奈良 敏文 
受 理 日 令和 5 年 11 月 30 日 
公 開 発 表 日 令和 5 年 12 月 14 日     
審 査 終 了 令和６年２月２日     
 
 
 
  
博士論文審査結果（要旨） 
 
博士（薬学） 中村（松波）梨佐 
 
論文題名 高度好塩古細菌の走光性センサー・トランスデューサー間のシグナル伝達分
子機構解明に向けた新たな視点の構築 
 
1. 内容の要旨 
高度好塩古細菌 Natronomonas pharaonis（Np）の走光性受容体 SRII は、トランスデューサ
ーHtrII と共役し、青緑色から逃げる走光性を司る。G タンパク質共役型受容体に似た 7 回
膜貫通の SRII は、光励起により内包するレチナールが異性化し、いくつかの中間体を経て
基底状態に戻る光サイクルを示す。SRII-HtrII 間の情報伝達は、異性化レチナールと近傍
Thr204 の干渉が Thr204-Tyr174 間の水素結合を変え、これが F ヘリックスの傾倒を生み、隣
接する HtrII に光情報が伝わる「Membrane-embedded steric trigger model（MST model）」とし
てまとめられる。この分子機構では SRII の Thr204 と Tyr174 が重要とされ、それらの変異
体で光応答の消失が示された。また、MST model に従った変異導入で、光駆動 H+ポンプ
bacteriorhodopsin を光センサーとして機能させることに成功したことで、MST model の正し
さが実証されたかに思われた。 
本研究では、まず MST model の普遍性を確かめる為に、近縁の古細菌 Halobacterium 
salinarum（Hs）の SRII-HtrII（HsSRII-HsHtrII）を用いて、Thr204 と Tyr174 に相当する部位
の役割を調べた。その結果、Ser201 と Tyr171 の部位特異的変異体はすべて光応答を示した
ことから、これらのアミノ酸残基は SRII のシグナリング機能に不可欠ではないことが分か
った。ただし、Tyr174 に相当する側鎖は光刺激への素早い応答に必要であること、シグナリ
ングする M/O 中間体の崩壊速度を調節する役割をもつことを見出した。 
HsSRII-HsHtrII と Np の SRII-HtrII（NpSRII-NpHtrII）は良く似たセンサー・トランスデュ
ーサーにも関わらず、MST model で重要とされる上記 2 種のアミノ酸残基の部位特異的変
異体において光応答に差異を生じたこと、また別の報告では SRII-HtrII 間のシグナル伝達は
光サイクル後期中間体で起こるとされたが、MST model では初期中間体の事象であること
にも疑問が残った。そこで、SRII と HtrII をリンカーで繋いだ従来の解析系ではなく、より
天然に近い分離した状態で発現する菌体を用いて、これまでの知見の整理と NpSRII-NpHtrII
における MST model の検証を行った。その結果、Thr204 と Tyr174 を種々のアミノ酸に置換
した変異体は、以前の報告とは異なりどれも光反転応答を示した。対照としたリンカー型発
現での T204A および Y174F 変異体では、光応答の消失が確認できた。つまり、変異体の表
現型の違いはリンカー接続型と分離型という発現型の違いに帰着され、自然界における分
離型発現の SRII-HtrII では、MST model が成り立たないと考えられる。更に、分離型 NpSRII-
NpHtrII における Tyr174 部位は光刺激への素早い応答に必要であること、そして、Y174A 変
異体では光応答が消失することを見出した。以上のことから、自然界に存在する分離型発現
での SRII-HtrII のシグナル伝達は、従来の MST model とは異なる分子機構であること、そ
して新たに Tyr174 位こそが重要な側鎖であることが明らかになった。本研究成果は、SRII-
HtrII 間の情報伝達の分子機構の解明に向け、新たな視点の提供に繋がるものと考える。 
  
2. 審査結果の要旨 
生物の構成単位である細胞は、外部環境の変化を受容しながら生命活動を維持している。
細胞外の情報を受容する仕組みは様々であるが、光情報を受容する細胞では発色団を含む
タンパク質が外部情報を感知・伝達して生理機能を制御している。古細菌の一種である高度
好塩菌では、発色団レチナールを含む光受容タンパク質としてセンソリーロドプシンが知
られている。しかし、このタンパク質が受容した光情報をトランスデューサータンパク質に
伝えて最終的に細胞内分子の活性化へと繋げる分子機構については、十分に解明されてい
ない。申請者は、センソリーロドプシンからトランスデューサーへの情報伝達に関する分子
機構を解析するに当たり、顕微鏡による観察が可能な走光性の制御という表現型を活用で
きる高度好塩菌（Natronomonas pharaonis（Np）と Halobacterium salinarum（Hs））を研究材
料として選定した。 
高度好塩菌のセンソリーロドプシン・トランスデューサー間の情報伝達機構に関しては、
Np を用いた研究から考案された光情報の細胞内情報伝達に関する「Membrane-embedded 
steric trigger model（MST model）」が広く認知されている。このモデルでは、Np のセンソリ
ーロドプシンのアミノ酸配列のうちの 2 つの極性アミノ酸（Thr204 と Tyr174）が、トラン
スデューサーへの情報伝達において重要な働きをしているとされている。しかし、このモデ
ルに対し光反応サイクルの変化などに関して疑問が認められたため、申請者は、このモデル
の妥当性の評価を行うことを目的として研究を開始した。研究は Np と Hs を用いて進めら
れ、上述の極性アミノ酸部位へ変異を導入するなど、分子生物学的手法を用いて解析を行い、
いずれの高度好塩菌においても、センソリーロドプシン・トランスデューサー間の情報伝達
機構は MST model で説明できないことを明快に示した。 
以上のように本研究は、センソリーロドプシンからトランスデューサーへの光情報伝達
における分子機構に関して、従来広く認知されていた MST model に対し、これとは異なる
機構が存在することを示唆するものである。この成果は、細胞外の環境変化を細胞内に伝達
する仕組みの一つを分子レベルで明らかにするものであり、薬学のみならず、医学・生物学
の発展に大いに寄与する知見である。 
本博士論文に係る口頭発表による公開発表会は令和 5 年 12 月 14 日に、論文内容に関す
る口頭試問については令和 6 年 1 月 16 日に行われた。本学位論文に記載された研究成果は
学術性が高く、その内容は薬学に関連する学問領域の発展に寄与すると考えられることか
ら、審査員が全員一致して博士（薬学）の学位を授与するに値するものであると判定した。 


Japanese

A New Perspective on the Molecular Mechanism of Signal Transduction between Phototaxis Sensor and Transducer Proteins in Highly Halophilic Archaea

川東 竫弘

カワヒガシ ヤスヒロ

President Tatsuya Mizogami and History of Matsuyama University（1）

中溝 晃介

EDINET API Version2

LOPEZ Emmanuel Mariano

French

La promotion des langues autochtones et le paradoxe nigérian : Comparaison des politiques linguistiques indienne et nigériane

A Bookkeeping Test to Create in Moodle

平田 浩一

ヒラタ コウイチ

Foundations of Inversive Coordinates of Circles（2）

山川 秀道

ヤマカワ シュウドウ

Thinking（De-)Criminalization Seriously

President Hiroyuki Murakami and The History of Matsuyama University（2）

La littéraction constitue-t-elle un mouvement littéraire ?

野上 俊彦

ノガミ トシヒコ

Wie gewann Ernst Jünger » die tiefere Liebe zur Nation « ? －Eine Kurzbiographische Rekonstruktion

Not a member yet