岐阜大學研究生院醫學系研究科的橫山達彥助教、久堀智子副教授、永井宏樹教授，以及京都大學醫生物學研究所的秋山芳展教授等人的研究團隊，與奈良先端科學技術大學院大學及國立研究開發法人理化學研究所聯合研究發現，細菌利用分子馬達產生的機械力感知鐵的存在，並將鐵攝入細胞內。相關研究成果已發表在期刊《PNAS》的線上版上。
圖1革蘭氏陰性菌感知外界存在鐵的機制（供圖：岐阜大學）
革蘭氏陰性菌通過外膜和內膜與外界隔開。細菌內膜中存在分子馬達，利用質子驅動力產生機械力。運用這一機械力，存在於外膜上的接受者蛋白將捕獲的外界鐵攝入細胞內。儘管這類將鐵攝入細胞內的機制已取得研究進展，但如何感知外界存在的鐵、並將資訊傳遞至細胞內，誘導鐵攝取基因表現的機制仍未被闡明。
研究團隊發現，分子馬達產生的機械力也會傳遞給內膜中的膜蛋白FecR。FecR以NTD結構域和CTD結構域兩個結構域分離的狀態插入內膜。分子馬達產生的機械力通過接受者蛋白傳遞至FecR的CTD結構域，這導致CTD結構域從NTD結構域解離。當CTD結構域解離後，NTD結構域會被蛋白質分解酶連續切割兩次。最終，自NTD產生的小片段從膜轉移至細胞內，通過激活σ因子，誘導構成鐵攝取系統的基因表現，使細菌能夠更高效地攝取外界的鐵。
本次研究揭示了膜蛋白在嚴格調控下連續切割以實現細胞外資訊向細胞內傳遞的分子機制。蛋白切割介導的資訊傳遞不僅存在於細菌中，也見於包括人類在內的多種生物，參與細胞死亡、膽固醇合成、神經退行性疾病發病等對生命至關重要的現象。本次研究不僅解明瞭一種伴隨蛋白切割的新型資訊傳遞機制，還部分揭示了形成生物體功能調控基礎的機制。
橫山助教表示：「本研究研究的資訊傳遞系統的存在已為人所知近半個世紀。然而，作為該系統核心的FecR傳遞資訊的分子機制卻一直籠罩在謎團中。本研究通過精細的生物化學分析，解析了FecR在細胞內合成、插入膜並最終降解的過程，也即所謂的FecR蛋白的‘一生’，揭示了資訊傳遞機制的全貌。我們相信，本研究將成為今後推進類似類型資訊傳遞機制研究的不可或缺的基石。最後，我們要向一直以來推動了眾多作為本研究基礎的研究，並向為本研究領域發展做出巨大貢獻的馬克斯·普朗克生物學研究所的Volkmar Braun博士表示由衷的敬意。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United
States of America
論文：Cleavage cascade of the sigma regulator FecR orchestrates
TonB-dependent signal transduction
DOI：10.1073/pnas.2500366122
