Tiプラスミド
Tiプラスミド(Ti plasmid)または腫瘍誘発プラスミド(tumor inducing plasmid)は、Agrobacterium tumefaciensなどの一部のアグロバクテリウム属の細菌が持つプラスミドである。
進化的には、Tiプラスミドはアルファプロテオバクテリアの多くの種が持つプラスミドのファミリーの一部である。このプラスミドファミリーは、repABC遺伝子カセットと呼ばれる保存されたDNA領域の存在によって定義される。repABC遺伝子カセットはプラスミドの複製、細胞分裂時の娘細胞へのプラスミドの分配、低コピー数でのプラスミドの維持を媒介する。Tiプラスミドには細菌のエネルギー源として利用されるオパインの産生を担う遺伝子がコードされており、Tiプラスミドには産生されるオパインの種類によって分類される。
Tiプラスミドは、アグロバクテリウムが植物にクラウンゴール(crown gall)と呼ばれる虫こぶ様の腫瘍を引き起こすために必要不可欠である。この過程は病原性遺伝子をコードするvir領域や、T-DNA(英語版)領域など、Tiプラスミドの特定の領域によって促進される。T-DNAは、細菌が損傷部位を検知した後、接合によって宿主となる植物細胞へ移行する領域である。これらの領域はT-DNAの宿主植物細胞への輸送を行い、植物ホルモン(オーキシン、サイトカイニンなど)やオパインの合成とクラウンゴールの形成を引き起こす。
TiプラスミドのT-DNA領域が細菌から植物細胞へと界を跨いで輸送されるという興味深い現象が発見されて以降、その生物工学的応用についても研究が行われている。
Tiプラスミドは細菌細胞内で低コピー数で維持される。これは部分的には複製開始タンパク質RepCの発現に影響を与えることによって行われている。RepAはADP結合時に活性化され、RepBとともにrepABCカセットの負の調節因子として機能する。それによってRepCのレベルは細胞内で低く維持され、各細胞分裂周期中での多回複製が防がれる。さらに、repBとrepCの間にコードされているRepEと呼ばれる低分子RNAがrepCの発現を低下させる。RepEはrepCのmRNAと相補的であり、結合して二本鎖分子を形成する。その結果、RepCタンパク質の翻訳がブロックされる。
これらとは別に、repABCカセットの発現、すなわちTiプラスミドのコピー数は、アグロバクテリウムのクオラムセンシングシステムの影響も受ける。クオラムセンシングシステムは、オートインデューサーと呼ばれる分子を検知することで細菌集団の密度に対して応答するシステムである。オートインデューサーは細菌細胞から低レベルで産生され、細菌が高密度で存在する場合に閾値まで蓄積する。今回のケースではオートインデューサーはN-3-oxooctanoyl-L-homoserine lactone(3-O-C8-AHL)分子であり、TraRと呼ばれる調節因子によって検知される。TraRが活性化されると、repABC遺伝子カセットのプロモーター領域に存在するtraボックスに結合し、発現を駆動する。そのため、集団が高密度となると各細菌細胞内に存在するプラスミドのコピー数は増加する。このシステムは植物宿主内での病原性を支えている可能性が高い。