Streptomyces cattleya由来チエナマイシン遺伝子クラスター内のチエナマイシンおよびセファマイシンC生合成遺伝子の転写活性化因子の同定

Identification of transcriptional activators for thienamycin and cephamycin C biosynthetic genes within the thienamycin gene cluster from Streptomyces cattleya.

• Miriam Rodríguez
• Luz Elena Núñez
• Alfredo F Braña
• Carmen Méndez
• José A Salas
• Gloria Blanco

抄録

Streptomyces cattleya由来のチエナマイシン(thn)遺伝子クラスターにおいて、ThnIとThnUの2つの調節遺伝子が同定された。ThnIはLysR型の転写活性化因子に類似し、ThnUはSARPファミリーの転写活性化因子に属する。ThnIはLysR型転写活性化因子に類似しており、ThnUはSARPファミリーに属する転写活性化因子である。thnIを欠失させるとチエナマイシンの産生が抑制され、チエナマイシンの生合成に関与していることが明らかになった。ThnI はチエナマイシン生合成に必須の転写活性化因子であり、チエナマイシンの組立・輸出に関わる 9 つの遺伝子（thnH, thnJ, thnK, thnL, thnM, thnN, thnO, thnnP, thnQ）の発現を制御していることが明らかになった。意外なことに、thnU 欠損変異体はチエナマイシンの産生には影響を与えなかったが、セファマイシン C の生合成には必須であることが判明した。また、セファマイシン C 生合成の初期および後期構造遺伝子（pcbAB と cmcI）を対象とした転写解析の結果、ThnU はこれらのセファマイシン C 遺伝子の転写活性化因子であることが明らかになった。さらに、thnIの欠失がpcbABとcmcIの転写にアップレギュレーション効果を持つことが示され、この変異体ではセファマイシンC生合成が有意に増加していることが示された。

Two regulatory genes, thnI and thnU, were identified in the thienamycin (thn) gene cluster from Streptomyces cattleya. ThnI resembles LysR-type transcriptional activators and ThnU belongs to the SARP family of transcriptional activators. Their functional role was established after independent inactivation by gene replacement together with transcriptional analysis involving reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Deletion of thnI abolished thienamycin production showing its involvement in thienamycin biosynthesis. Gene expression analysis applied to the thn gene cluster demonstrated that ThnI is a transcriptional activator essential for thienamycin biosynthesis that regulates the expression of nine genes involved in thienamycin assembly and export (thnH, thnJ, thnK, thnL, thnM, thnN, thnO, thnP and thnQ). Unexpectedly, the thnU disrupted mutant was not affected in thienamycin production but turned out to be essential for cephamycin C biosynthesis. Transcript analysis applied to early and late structural genes for cephamycin C biosynthesis (pcbAB and cmcI), revealed that ThnU is the transcriptional activator of these cephamycin C genes although they are not physically linked to the thn cluster. In addition, it was shown that deletion of thnI has an upregulatory effect on pcbAB and cmcI transcription consistent with a significant increase in cephamycin C biosynthesis in this mutant.