代謝生化学とオミックスの融合による絶対独立栄養性水素細菌のグリシン代謝系の解明

• Project/Area Number: 11J03030
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: University of Tsukuba (2012); The University of Tokyo (2011)
• Principal Investigator: 千葉 洋子 筑波大学, 生命環境系, 助教
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 独立栄養性細菌 / アミノ酸生合成 / 分子生物学 / 代謝生化学 / X線結晶構造解析

Research Abstract

本研究の目的は、絶対独立栄養性好熱性水素細菌Hydrogenobacter thermophilusのグリシン代謝系を明らかにすることで、新規な代謝経路・酵素を発見することである。申請者は前年度の研究で既知のセリン生合成酵素ホスホセリンホスファターゼ(PSP)を有さずセリン生合成が不明であったH. thermophilusから新規PSPを発見し、その結晶構造を解くことに成功した。本年度は、結晶構造から示唆されたPSP活性に重要な因子の重要性を確かめるため、以下の研究を行った。
PSPと基質の複合体の結晶構造からHis85およびC末端の数残基がPSP活性に重要であることが示唆された。そこでまずは基質と水素結合を作ることが示唆されたHis85をAlaに置換した変異タンパク質を作成したところ、本タンパク質は野生型のそれと比べて、基質親和性が著しく低下することがわかった。一方、活性中心の蓋になることが示唆されたC末端残基を削った変異タンパク質を作成したところ、最大活性(Vmax)が著しく低下することが明らかとなった。したがって、これら両因子がPSP活性に重要であることが明らかになった。さらに、これら両因子を保存しているCyanobacteriaやChloroflexiの有するH. thermophilusのPSP類似タンパク質も強いPSP活性を有することが判明し、これら因子がタンパク質遺伝子の中からPSPとして働いているものを正確に予測することができるようになり、それら生物のセリン生合成経路を予測可能となった。
さらに、本年度はセリン生合成経路の多様性及び進化の系譜を理解することを目的として、細菌のみならず真核生物においても新規PSPの探索を行った。既知の2種類のPSPを有さない赤痢アメーバEntamoeba histolyticaを用いてPSPを探索したが、現在のところ検出されていない。本生物はPSP以外の酵素を用いてセリンを生合成しているか、セリン生合成能を欠くものと推察される。

Research Products

• [Journal Article] Structural units inportant for activity of a novel-type phosphoserine phosphatase from Hydrogenobacter thermophilus TK-6 revealed by crystal structure analysis (2013)
  • Author(s): Yoko Chiba (千葉 洋子)
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 288 Issue: 16 Pages: 11448-11458
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.449561
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of a novel-type phosphoserine phosphatase from Hyd rogenobac t e r the rmoph i1 us TK-6. (2012)
  • Author(s): Chiba, Y., * Horita, S., * Ohtsuka, J., Arai, H., Nagata, K., Igarashi, Y., Tanokura, M. and Ishii, M. (*Equal contribution)
  • Journal Title: Acta Crystal logr. F Volume: 68 Issue: 8 Pages: 911-913
  • DOI: 10.1107/s1744309112025213
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanism for folate-independent aldolase reaction catalyzed by serine hydroxymethyltransferase (2012)
  • Author(s): Yoko Chiba(千葉洋子)
  • Journal Title: FEBS Journal Volume: 279 Issue: 3 Pages: 504-514
  • DOI: 10.1111/j.1742-4658.2011.08443.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery and analysis of cofactor-dependent phosphoglycerate mutase homologs as novel phosphoserine phosphatases in Hydrogenobacter thermophilus (2012)
  • Author(s): Yoko Chiba(千葉洋子)
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 287 Pages: 11934-11941
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 赤痢アメーバEntmoeba histolyticaおよびEntamoeba invadensにおけるセリン生合成酵素の比較 (2013)
  • Author(s): 千葉 洋子
  • Organizer: 第82回日本寄生虫学会大会
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学(東京都)
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] A novel phosphoserine phosphatase to produce C_1 precursors discovered in Hydrogenobacter (2012)
  • Author(s): Yoko Chiba (千葉 洋子)
  • Organizer: Gordon Research Conferences, Molecular basis of microbial one-carbon metabolism
  • Place of Presentation: Bates College (米国 メイン州)
  • Year and Date: 2012-08-07
• [Presentation] ゲノムから見える代謝経路、見えない代謝経路 -独立栄養性細菌の新規アミノ酸合成酵素を例に- (2012)
  • Author(s): 千葉 洋子
  • Organizer: 日本技術士会 第16回 生物工学部会 業績発表会
  • Place of Presentation: 葦手第二ビル5F日本技術士会AB会議室(東京都)
  • Year and Date: 2012-06-02
• [Presentation] 新規phosphoserine phosphataseの性状解析と生物内分布 (2012)
  • Author(s): 千葉洋子
  • Organizer: 日本農芸化学会2012大会
  • Place of Presentation: 京都女子大学(京都府)
  • Year and Date: 2012-03-23
• [Presentation] Novel serine biosynthetic enzymes in Hydrogenobacter thermophilus, a hydrogen-oxidizing autotrophic bacterium-phosphoserine phosphatase belonging to the histidine phosphatase superfamily- (2011)
  • Author(s): Yoko Chiba(千葉洋子)
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 Congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • Year and Date: 2011-09-07
• [Presentation] グリシン代謝を鍵に生命を見つめる-好熱菌のグリシン生合成酵素- (2011)
  • Author(s): 千葉洋子
  • Organizer: 第11回東京大学生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2011-06-04
• [Remarks]
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2012/20120221-5.html