ダブルドメインセルラーゼの吸着バランス制御による結晶性多糖構造分解反応の促進

• Project/Area Number: 13J07574
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 木質科学
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中村 彰彦 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,530,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: セルラーゼ / セルロース / プロセッシビティ / 結晶性セルロース / セロビオヒドロラーゼ

Outline of Annual Research Achievements

セルロース分解性のカビTrichoderma reesei由来のセロビオヒドロラーゼ型Cel7 (TrCel7A)は結晶性セルロースを分解する活性が高い事が知られている。TrCel7Aは吸着ドメインと触媒ドメインがリンカー領域で繋がった構造をしている。特に触媒ドメインはトンネル状の構造をしており、セルロース鎖を連続的に分解する事が知られている。本研究ではTrCel7Aのどのような構造的特徴が結晶性セルロース分解に寄与しているのか明らかにする事を目的としている。
TrCel7Aの触媒ドメインの基質結合サイト-4に存在するトリプトファン残基(Trp38)は、トンネル型構造の入り口に存在しており、全てのセロビオヒドロラーゼ型Cel7に保存されている残基である。しかしその機能については分かっていない。そこでTrCel7AのTrp38をアラニンに変化させた変異体(W38A)の結晶性セルロースの分解活性を調べた所、天然型酵素と比較して著しく低下する事が分かった。その原因を調べるため可溶性セロオリゴ糖の分解パターンを詳細に検討した結果、W38Aでは基質の取り込み速度が低下している事が判明した。また理論計算によって基質結合サイトの結合エネルギーを確認すると、W38Aでは活性中心へ向かう結合エネルギーのグラジエントが崩れていることが分かった。即ちTrp38残基はセルロース分子鎖を活性中心に送り込む為に存在している事が明らかとなった。

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。

Research Products

• [Journal Article] Trade-off between Processivity and Hydrolytic Velocity of Cellobiohydrolases at the Surface of Crystalline Cellulose (2014)
  • Author(s): Akihiko Nakamura, Watanabe, H., Ishida, T., Uchihashi, T., Wada, M., Ando, T., Igarashi, K. and Samejima, M.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 136 Issue: 12 Pages: 4584-4592
  • DOI: 10.1021/ja4119994
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Tryptophan Residue at the Active Site Tunnel Entrance of Trichoderma reesei Cellobiohydrolase Ce17A Is Important for Initiation of Degradation of Crystalline Cellulose (2013)
  • Author(s): Akihiko Nakamura, Tsukada, T., Auer, S., Furuta, T., Wada, M., Koivula, A., Igarashi, K. and Samejima M.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 288 Issue: 19 Pages: 13503-13510
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.452623
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 可溶性オリゴ糖を用いたTrCel7Aのプロセッシブ反応の解析 (2014)
  • Author(s): 中村彰彦, 塚田 剛士,Sanna Auer, Anu Koivula, 五十嵐 圭日子, 鮫島 正浩
  • Organizer: 第２８回セルラーゼ研究会
  • Place of Presentation: 幕張セミナーハウス
  • Year and Date: 2014-07-11 – 2014-07-12
• [Presentation] Molecular and functional analysis of glycoside hydrolase family 7 cellobiohydrolases from filamentous fungi (2014)
  • Author(s): 中村彰彦, 渡辺大輝, 古田忠臣, 塚田 剛士, Sanna Auer, Anu Koivula,内橋貴之, 安藤敏夫, 五十嵐 圭日子, 鮫島 正浩
  • Organizer: 第１４回東京大学生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-04-26
• [Presentation] Molecular mechanisms for cellulose hydrolysis of glycoside hydrolase family 7 cellobiohydrolases from fungi. (2013)
  • Author(s): Akihiko Nakamura, Ishida, T., Fushinobu, S., Kusaka K., Tanaka I., Inaka, K., Masaki, M., Ohta, K., Kaneko S., Niimura, N., Samajima M. and Igarashi K.
  • Organizer: 4th International Symposium on Diffraction Structural Biology
  • Place of Presentation: 名古屋市中小企業振興会館(愛知)
• [Presentation] 糸状菌由来糖質加水分解酵素ファミリー7セロビオヒドロラーゼの機能解析 (2013)
  • Author(s): 中村 彰彦、塚田 剛士、古田 忠臣、Sanna Auer、Anu Koivula、石田 卓也、五十嵐 圭日子、鮫島 正浩
  • Organizer: 第27回セルラーゼ研究会
  • Place of Presentation: 花王 株式会社 霞ケ浦研修所(茨城)
• [Presentation] Molecular mechanisms for cellulose hydrolysis of glycoside hydrolase family 7 cellobiohydrolases from fungi. (2013)
  • Author(s): Akihiko Nakamura, Tsukada, T., Auer, S., Furuta, T., Wada, M., Koivula, A., Igarashi, K. and Samejima M.
  • Organizer: Gordon Research Seminars Cellulosomes, Cel lulases & Other Carbohydrate Modifying Enzymesl
  • Place of Presentation: Andover, NH, America
• [Presentation] Molecular mechanisms for cellulose hydrolysis of glycoside hydrolase family 7 cellobiohydrolases from fungi. (2013)
  • Author(s): Akihiko Nakamura, Tsukada, T., Auer, S., Furuta, T., Wada, M., Koivula, A., Igarashi, K. and Samejima M.
  • Organizer: Gordon Research Confermmes Cellulosomes, Cellulases & Other Carbohydrate Modifying Enzymes
  • Place of Presentation: Andover, NH, America
• [Presentation] 糖質加水分解酵素ファミリー45に属する担子菌由来エンドグルカナーゼの構造・機能解析 (2013)
  • Author(s): 中村彰彦, 石田卓也, 伊中浩治, 樋口芳樹, 伏信進矢, 五十嵐圭日子, 鮫島正浩
  • Organizer: 第62回日本応用糖質科学会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学(鹿児島)
• [Remarks]
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2013/20130510-2.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2014/20140313-4.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/the-tortoise-beats-the-hare-again/