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キチン系バイオマスの有効利用をめざした構造生物学:キトサン加水分解酵素

Research Project

Project/Area Number 13J03639
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied biochemistry
Research InstitutionKinki University

Principal Investigator

新家 粧子  近畿大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords糖質結合モジュール / キチン / キトサン / キトサナーゼ / NMR溶液構造
Outline of Annual Research Achievements

真菌類細胞壁に含まれるキチンおよびキトサンの有効利用を促進するため、構造生物学的手法によりキトサナーゼに存在するキトサン結合モジュール(DD1,DD2)の立体構造を明らかにし、キトサン認識機構を解明することを目的とした。DD1およびDD2の立体構造は、核磁気共鳴(NMR)法を用いた溶液構造解析により明らかにした。大腸菌発現系を用いて得られた13Cおよび15NラベルDD1、DD2を用い、1H-15N HSQCおよび3次元スペクトルの測定を行い、主鎖シグナルの帰属を行った。つづいて、1H-13C HSQC、HCCH-TOCSY、CCH-TOCSYの測定を行い、側鎖シグナルの帰属を行った。さらに、NOESYスペクトルの測定を行い、NOEを帰属し、CYANAプログラムによって構造計算を行った。その結果、DD1とDD2ともに、2枚のbetaシートからなるbetaサンドウィッチ構造を有し、その上下に突き出すようにいくつかのループ構造が存在することが明らかになった。さらにNMRを用いたキトサンオリゴ糖の滴定実験の結果、キトサンはDD1とDD2のbetaサンドウィッチ構造の上部のループ領域に結合することがわかった。また、結合に関与するアミノ酸残基の比較を行ったところ、DD1の36番目のグルタミン酸残基がDD2ではチロシン残基に置換していることがわかった。そこで、このアミノ酸残基について、DD1のグルタミン酸残基をチロシンに変異させたDD1-E36Yおよび、DD2のチロシン残基をグルタミン酸に変異させたDD2-Y36Eを作製し、キトサン結合実験を行った結果、DD1ではGlu36のチロシンへの変異が親和性大きく低下させ, また, DD2のTyr36のグルタミン酸への変異が親和性の増大をもたらした。以上のように、部位特異的変異によってCBMのリガンド特異性のコントロールが可能であることが示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2014 2013

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Interaction of di-N-acetylchitobiosyl moranoline with a family GH19 chitinase from moss, Bryum coronatum.2014

    • Author(s)
      Shinya, S., Urasaki, A., Ohnuma, T., Taira, T., Suzuki, A., Ogata, M., Usui, T., Lampela, O., Juffer, AH., Fukamizo, T.
    • Journal Title

      Glycobiology

      Volume: 24 Issue: 10 Pages: 945-955

    • DOI

      10.1093/glycob/cwu052

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal structure of a "loopless" GH 19 chitinase in complex with chitin tetrasaccharide spanning the catalytic center.2014

    • Author(s)
      Ohnuma, T., Umemoto, N., N agata, T., Shinya, S., Numata, T., Taira, T, Fukamizo, T.
    • Journal Title

      Biochemca et Biophysica Acta

      Volume: 1844 Issue: 4 Pages: 793-802

    • DOI

      10.1016/j.bbapap.2014.02.013

    • Related Report
      2014 Annual Research Report 2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mutation strategies for obtaining chitooligosaccharides with longer chains by transglycosylation reaction of family GH18 chitinase.2014

    • Author(s)
      Sirimontree, P., Suginta, W., Srinrho, N., Kanda, Y., Shinya, S., Ohnuma, T., Fukamizo, T
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 78 Issue: 12 Pages: 2014-2021

    • DOI

      10.1080/09168451.2014.948373

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Production of chitooligosaccharides from Rhizopus oligosporus NRRL2710 cells by chitosanase digestion.2014

    • Author(s)
      Mahata, M., Shinya, S., Masaki, E., Yamamoto, T, Ohnum a, T., Brzezinski, R., Mazumder, T. K., Yamashita, K., Narih iro, K., Fukamizo, T.
    • Journal Title

      Carbohydrate research

      Volume: 383 Pages: 27-33

    • DOI

      10.1016/j.carres.2013.06.002

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal structures of the catalytic domain of a novel glycohydrolas e family 23 chitinase from Ralstonia sp. A-471 reveals a unique a rrangement of the catalytic residues for inverting chitin hydrolysis.2013

    • Author(s)
      Arimori, T., Kawamoto, N., Shinya, S., Okazaki, N., Nakazawa, M., Miyatake, K., Fukamizo, T., Ueda, M., Tamada, T.
    • Journal Title

      The journal of biological chemistry

      Volume: 288 Issue: 26 Pages: 18696-706

    • DOI

      10.1074/jbc.m113.462135

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The first identication of carbohydrate binding modules specific to chitosan.2013

    • Author(s)
      Shinya, S., Ohnuma, T., Yamashiro, R., Kimoto, H., Kusaoke, H., Anbazhagan, P., Juffer, A. H., Fukamizo, T
    • Journal Title

      The journal of biological chemistry

      Volume: 288 Issue: 42 Pages: 30042-63

    • DOI

      10.1074/jbc.m113.503243

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Chitosan-binding modules (CBM32) of a chitosanase from Paenbacillus sp. IK-52014

    • Author(s)
      Shoko Shinya, Shigenori Nishimura, Hisashi Kimoto, Hideo Kusaoke, Takayuki Ohnuma, Tamo Fukamizo
    • Organizer
      Mie Bioforum 2014
    • Place of Presentation
      Ise-Shima, Japan(三重県志摩市)
    • Year and Date
      2014-11-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Paenibacillus sp. IK-5 キトサナーゼに存在するキトサン結合モジュール (DD1)のNMR溶液構造とキトサン結合に関与するアミノ酸残基2014

    • Author(s)
      新家粧子、尾井宏美、大沼貴之、木元 久、草桶秀夫、深溝慶
    • Organizer
      日本応用糖質科学会平成26年度大会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2014-09-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] オリゴ糖結合がキトサン結合モジュールの熱安定性へ及ぼす影響2014

    • Author(s)
      新家粧子、尾井宏美、大沼貴之、木元 久、草桶秀夫、深溝慶
    • Organizer
      第28回キチン・キトサンシンポジウム
    • Place of Presentation
      順天堂大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2014-08-07
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Chitosan-binding modules (CBM32) of a chitosanse from Paenbacillus sp. IK-5 --- Amino acid residues responsible for chitosan binding---2014

    • Author(s)
      Shoko Shinya, Takayuki Ohnuma, Hisashi Kimoto, Hideo Kusaoke, Tamo Fukamizo
    • Organizer
      28th annual symposium of the protein society
    • Place of Presentation
      SanDiego, USA
    • Year and Date
      2014-07-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Paenibacillus sp. IK-5 キトサナーゼのCBM32キトサン結合モジュール-リガンド結合に関与するアミノ酸残基-2014

    • Author(s)
      新家粧子、尾井宏美、大沼貴之、西村重徳、木元 久、草桶秀夫、深溝慶
    • Organizer
      第15回関西グライコサイエンスフォーラム第15回関西グライコサイエンスフォーラム
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2014-05-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Paenibacillus sp. IK-5由来新規キトサン特異的糖質結合モジュールのキトサンオリゴ糖結合様式2013

    • Author(s)
      噺家粧子、大沼貴之、山城玲奈、Padmanabhan Anbazhagan、Andre H. Juffer、木元久、草桶秀夫、深溝慶
    • Organizer
      日本応用糖質科学会平成25年度大会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学(鹿児島県)
    • Year and Date
      2013-09-25
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Paenibacillus sp. IK-5由来新規キトサン特異的糖質結合モジュールのキトサンオリゴ糖結合様式2013

    • Author(s)
      新家粧子, 大沼貴之, 山城玲奈, Padmanabhan Anbazhagan, André H. Juffer, 木元久, 草桶秀夫, 深溝慶
    • Organizer
      日本農芸化学会関西・中四国・西日本支部合同大会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島県)
    • Year and Date
      2013-09-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Binding Mode of Chitosan Oligosaccharides to Novel Chitosan-Spe cific Carbohydrate-Binding Modules (CBM32) of a Chitosanase from Paenibacillus sp. IK-52013

    • Author(s)
      Shinya, S., Ohnuma, T., Yamashiro, R., Anbazhagan, P., Juffer, A. H., Kimoto, H., Kusaok e, H., Fukamizo, T.
    • Organizer
      12th International conference on chitin and chitosan
    • Place of Presentation
      ポルト(ポルトガル)
    • Year and Date
      2013-05-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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