透過性SecYタンパク質移動チャネルを用いた大腸菌における糖輸送経路のリプログラミング

Reprogramming of sugar transport pathways in Escherichia coli using a permeabilized SecY protein-translocation channel.

• Qiang Guo
• Sen Mei
• Chong Xie
• Hao Mi
• Yang Jiang
• Shi-Ding Zhang
• Tian-Wei Tan
• Li-Hai Fan

抄録

糖代謝の初期段階では、糖特異的トランスポーターが、形質膜を介した糖の細胞質への通過において決定的な役割を果たしている。細菌のSecY複合体（SecYEG）は、タンパク質の移動を担う膜チャネルを形成している。本研究では、透過性を有するSecYチャネルが大腸菌において非特異的糖輸送体として利用できることを示した。プラグドメインを削除したSecYは、グルコース、フルクトース、マンノース、キシロース、アラビノースの通過を可能にし、さらに細孔リング変異を加えることで、乳糖輸送を促進した。このようにして作製した大腸菌は、広い範囲の単糖類で急速に増殖し、輸送飽和の解消、耐糖能の向上、競合阻害の低減、炭素異化産物の抑制など、ネイティブな糖取り込み系では通常遭遇するような利点を有していた。SecYチャネルは原核生物に広く分布しているので、他のバクテリアも糖取り込みのためにこのシステムを利用するように設計されている可能性があります。このようにSecYチャネルは、バイオテクノロジー応用のための堅牢な細胞工場の将来の開発に向けて、ユニークな糖の通路を提供しています。

In the initial step of sugar metabolism, sugar-specific transporters play a decisive role in the passage of sugars through plasma membranes into cytoplasm. The SecY complex (SecYEG) in bacteria forms a membrane channel responsible for protein translocation. The present work shows that permeabilized SecY channels can be used as nonspecific sugar transporters in Escherichia coli. SecY with the plug domain deleted allowed the passage of glucose, fructose, mannose, xylose, and arabinose, and, with additional pore-ring mutations, facilitated lactose transport, indicating that sugar passage via permeabilized SecY was independent of sugar stereospecificity. The engineered E. coli showed rapid growth on a wide spectrum of monosaccharides and benefited from the elimination of transport saturation, improvement in sugar tolerance, reduction in competitive inhibition, and prevention of carbon catabolite repression, which are usually encountered with native sugar uptake systems. The SecY channel is widespread in prokaryotes, so other bacteria may also be engineered to utilize this system for sugar uptake. The SecY channel thus provides a unique sugar passageway for future development of robust cell factories for biotechnological applications.

© 2020 Wiley Periodicals, Inc.