pem相同遺伝子座の一つchpAは、二つの遺伝子chpAIとchpAKからなり、大腸菌染色体上60分に位置し、relA遺伝子に近接して存在することを明らかにした。また、chpA遺伝子のすぐ上流にはプロモーターが存在し、その塩基配列がpem遺伝子のプロモーター領域と相同であることから、pem遺伝子の発現の場合と同様の自動制御機構の存在が予想された。

　chpA遺伝子座の各遺伝子の機能を明らかにするために、chpAI及びchpAK遺伝子それぞれについて挿入変異株を構築し、その生育を調べた。その結果、chpAI、chpAK遺伝子は細菌の生育には必須の遺伝子ではないことが分かった。またchpAK遺伝子を、cI857リプレッサーで制御されるP_Rプロモーター下流にlacZ遺伝子とin frameになるようにクローニングしたプラスミドから発現させ、chpAK遺伝子の機能を調べた。その結果、chpAK遺伝子をchpAI内に挿入変異を持つ株内で発現させたときにだけ、細胞生育阻害が観察された。またこの細胞生育阻害は、chpAI遺伝子存在下で抑制された。以上の結果から、chpAK遺伝子はpemK遺伝子同様に細胞生育阻害タンパク質ChpAKをコードしており、chpAI遺伝子はpemI遺伝子同様にChpAKに対する抑制タンパク質ChpAIをコードしていることが分かった。また、chpAI挿入変異株においては極性効果によりchpAK遺伝子の発現が抑えられた結果からchpAIとchpAK遺伝子はオペロンを構成するものと結論した。

　二つ目のpem相同遺伝子座chpBは、二つの遺伝子chpBIとchpBKからなり、ileR遺伝子とppa遺伝子の間にileR、chpBI、chpBK、ppaの順で存在することを明らかにした。この領域は、大腸菌染色体上95分の位置にマップされた。また、chpB遺伝子のプロモーター領域とpem遺伝子のプロモーター領域の塩基配列には相同性があり、pem遺伝子の発現の場合と同様の自動制御機構の存在が予想された。

　chpB遺伝子座の各遺伝子の機能を明らかにするために、chpBI及びchpBK遺伝子それぞれについて挿入変異株を構築し、その生育を調べた。その結果、chpBI、chpBK遺伝子は細菌の生育には必須の遺伝子ではないことが分かった。また、chpBK遺伝子を、cI857リプレッサーに制御されるP_Rプロモーター下流にlacZ遺伝子とin frameになるようにクローニングしたプラスミドから発現させ、chpBK遺伝子の機能を調べた。その結果、chpBK遺伝子を過剰発現させた大腸菌全てに、細胞生育阻害が観察された。またこの細胞生育阻害は、chpBI遺伝子存在下で抑制された。以上の結果から、chpBK遺伝子はpemK遺伝子同様に細胞生育阻害タンパク質ChpBKをコードしており、chpBI遺伝子はpemI遺伝子同様にChpBKに対する抑制タンパク質、ChpBIをコードしていることが分かった。また、chpBI挿入変異株においては極性効果によりchpBK遺伝子の発現が抑えられた結果からchpBIとchpBK遺伝子はオペロンを構成するものと結論した。

　pem、chpA、chpB遺伝子座の機能的連関を調べるために、pemI遺伝子またはその相同遺伝子を運ぶ多コピープラスミドを保持した大腸菌において、pemK遺伝子及びその相同遺伝子を各々発現させ、菌の生育を調べた。その結果、PemKタンパク質の細胞生育阻害能はPemIタンパク質によってのみ抑制され、ChpAKタンパク質の細胞生育阻害能はChpAIタンパク質によってのみ抑制された。しかしながら、ChpBKタンパク質の細胞生育阻害能はChpBIタンパク質だけでなく、PemIタンパク質によっても抑制されることが分かった。以上の結果は、大腸菌が運ぶ二つのchp遺伝子座は各々独立に機能するが、プラスミドが運ぶpem遺伝子座はchpB遺伝子座に対し優位に機能することを示している。

　次に、二つのchp遺伝子座の機能が細菌の生育に必須であるか調べるために、chpAI、chpBI二重挿入変異株を構築し、その生育を調べた。その結果、二重挿入変異株は野生株同様に生育したことから、二つのchp遺伝子座の機能は細菌の生育には必要とされないことが分かった。

　pemK遺伝子と相互作用する遺伝子を調べる目的でPemKタンパク質耐性温度感受性変異株の分離を試みた。pemK-collagen-1acZ融合遺伝子を42℃で一時的に発現させ、その後30℃に戻すと野生株は殆ど生存しないことを利用し、野生株に比べて著しく生存率が上昇した9株の温度感受性宿主変異株を分離した。これらの変異株は3種類(pktA、pktB、pktC.PemK tolerance)に分類でき、それぞれがisoleucyl-tRNA synthetase遺伝子(ileS)、glutamyl-tRNA synthetase遺伝子(gltX)、asparaginyl-tRNA synthetase遺伝子(asnS)によってその温度感受性が相補されることが分かった。実際に遺伝学的解析によってpktAはileS遺伝子、pktBはgltX遺伝子、pktCはasnS遺伝子の対立遺伝子であることを示した。しかしながら、これらのpkt変異株においては42℃でPemK-collagen--galactosidase融合タンパク質の合成が完全に停止していることが分かり、pkt変異株は42℃でのPemK-collagen--galactosidase融合タンパク質の合成を抑えることで、見かけ上PemKタンパク質耐性を示したものであると結論した。

　PemKタンパク質耐性変異株の出現頻度は極めて低かったことから、次にChpBKタンパク質と相互作用する遺伝子の検索を行った。chpBK-collagen-lacZ融合遺伝子を42℃で恒常的に発現させる条件下で、chpBK耐性変異株が得られた。これらの変異株の中には、ChpBKタンパク質を野生株以上に発現している変異株が全体の約10%存在することが分かり、この変異(bktB1:ChpBK tolerance)は大腸菌染色体上38分の位置にマップされた。この結果は、少なくともchpBK遺伝子と相互作用する遺伝子が存在することを示している。

　以上、本研究において、大腸菌染色体上にはプラスミドのpem遺伝子座に構造的に類似した二つの遺伝子座(chpA、chpB)が存在し、機能的にも、それぞれ細胞生育阻害タンパク質及びその機能を抑制するタンパク質をコードすることを明らかにした。さらにこれら二つの遺伝子座の遺伝子産物は構造的に極めて高い相同性を持つにもかかわらず、機能的には互いに交差せず、各々独立に機能することが示唆された。一方pem遺伝子座はchpB遺伝子座対し優位に機能することから、pem遺伝子座はchpB遺伝子座をも支配下におきpostsegregational killingとしての機能を強く発揮できるものと考えられる。chp遺伝子座の機能は細胞の生育には必ずしも必要とされないことが明らかとなったが、その生理機能は興味深い。chpB遺伝子座と相互作用する遺伝子の存在が明らかになったことから、pem遺伝子座の作用機構解明の糸口が得られたと考えられる。