熱ショック応答（Heat shock response）は様々な生物種に保存された根源的な制御機構であり、これまで、特に大腸菌での研究を中心として数多くの報告がなされてきた。一方で、熱ショックからの回復過程を詳細に検討した研究はまだ限られている。我々は大腸菌に50℃、90分という、このバクテリアにとっては約30%が死滅するような熱ショックを与えた後で、生き残りのバクテリアが如何にその増殖を回復するのかを、オミックス解析を用いて検討した。その結果、特に全プロテオーム解析から、一群の機能性タンパク質が差時的に誘導されることで再増殖へ向かうことが示唆された。例えば、熱ショックから通常の培養 (30℃)、に戻して10分後には、リボソームタンパク質や外膜に関連したタンパク質群の誘導が見られる。また、回復期の最終段階でtRNAやrRNAの修飾酵素群が誘導され、それを契機として、様々な代謝酵素の翻訳が回復し、再分裂へと向かうことが類推された。さらに、熱ショック前後での全プロテオーム解析のタイムコースデータを主成分分析することで、tRNA/rRNAの修飾酵素群は熱ショックからの回復において要となる因子であることが示唆された。そこでtRNA/rRNAの修飾酵素に対する大腸菌のシングル遺伝子ノックアウトコレクション（KOコレクション）を用いて、熱ショックからの回復に関して遺伝子毎に検討した。その結果、通常の増殖は野生型の大腸菌とほぼ変わらないものの、上記のような厳しい熱ショックに影響されるものとして以下の遺伝子を同定した。すなわち、rRNA修飾に関わるrulA、rluF、rlmHやtRNAの修飾に関わるmnmAやqueAなどである。特にrRNA修飾酵素の変異株では熱ショックにより、大腸菌の致死率が70〜80%にまで上昇した。
Heat shock response is a fundamental regulatory mechanism found in almost all organisms. We conducted a whole proteome analysis of Escherichia coli before and after severe heat shock at 50°C for 90 min. This condition kills approximately 30% of bacteria in the culture. We found that, during the recovery period after the heat shock, sets of functional proteins are differentially expressed. For examples, many ribosomal proteins and membrane proteins are expressed just after the heat shock, as well as tRNA and rRNA modification enzymes are expressed just before regrowth of the bacteria. Principal component analysis of the proteome data suggested that many of the tRNA and rRNA modification enzymes are key molecules to recover from the heat shock. Actually, using series of single-gene knockout mutants in E. coli (KO collection), we showed that rRNA modification enzymes such as rulA, rulF and rlmH, and tRNA modification enzymes such as mnmA and queA are necessary to recover from the severe heat shock condition.