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微生物におけるエネルギー代謝酵素の進化と構造機能相関解析

Research Project

Project/Area Number 15780212
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Applied molecular and cellular biology
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

河井 重幸  京都大学, 農学研究科, 助手 (00303909)

Project Period (FY) 2003 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
KeywordsNADキナーゼ / NADHキナーゼ / リン酸受容体特異性 / 立体構造情報 / 機能変換 / 古細菌 / Methanococcus jannaschii / NADPase / ポリリン酸依存キナーゼ / ATP特異的キナーゼ / ポリリン酸 / グルコマンノキナーゼ / X線結晶構造 / 進化的・構造的相関 / ヘキソキナーゼ / 分岐進化 / エネルギー代謝酵素 / ポリリン酸利用型酵素 / 構造機能相関 / ATP利用型酵素 / X線結晶構造解析
Research Abstract

本研究では、種々の細菌由来NADキナーゼのリン酸受容体特異性について明らかにし、NADキナーゼ(NADに特異的)とNADHキナーゼ(NADとNADHに作用)の存在を実証した。さらに、これまでに本研究助成で決定したNADキナーゼの立体構造情報に基づいて、NADキナーゼにおけるリン酸受容体特異性を規定する構造特性を明らかにすると共に、NADキナーゼをNADHキナーゼに分子転換する手法の構築を試みた。すなわち、NADHとNADは、ニコチンアミド環において異なるため、NADのニコチンアミド環近傍のアミノ酸残基に注目した結果、1アミノ酸残基の置換により、NADキナーゼをNADHキナーゼに機能変換することに成功した。更に詳細な解析により、NADキナーゼとNADHキナーゼのリン酸受容体特異性の違いを規定する構造要因(アミノ酸残基)に関する知見を得た。尚、本研究で着目した部位に存在するアミノ酸残基は、207個のNADキナーゼホモログー次構造において、生物種特異的に保存されていることも見出した。一方、古細菌Methanococcus jannaschii由来NADキナーゼMJ0917に着目することにより、NADP分解系並びにNAD/NADP比の制御機構に関して新しい知見を得た。精製MJ0917タンパク質は、NADキナーゼ活性の他に、フルクトース-1,6-二リン酸、NADPH、そして特にNADPに対して強いフォスファターゼ活性を示すことを実証し、MJ0917がNADPaseとNADキナーゼの融合タンパク質として機能し得ることを示した。NADPの生合成と分解という相反する活性を持ちながらも、本酵素は生体内NAD/NADP比の調節を可能にする巧妙な生化学的特徴を備えていることも明らかにした。更にこれらの知見は、他のI-1-PaseホモログもNADPaseである可能性をも示した。

Report

(3 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (9 results) Publications (6 results)

  • [Journal Article] Hypothesis : structures, evolution, and ancestor of glucose kinases in the hexokinase family2005

    • Author(s)
      Shigeyuki Kawai
    • Journal Title

      J.Biosci.Bioeng. 99・4

      Pages: 320-330

    • NAID

      110002695667

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Molecular conversion of NAD kinase to NADH kinase through single amino acid residue substitution2005

    • Author(s)
      Shigetarou Mori
    • Journal Title

      J.Biol.Chem. 280・25

      Pages: 24104-24112

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Identification of ATP-NADH kinase isozymes and their contribution to supply of NADP(H) in Saccharomyces cerevisiae2005

    • Author(s)
      Feng Shi
    • Journal Title

      FEBS J. 2・13

      Pages: 3337-3349

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] MJ0917 in archaeon Methanococcus jannaschii is a novel NADP phosphatase/NAD kinase2005

    • Author(s)
      Shigeyuki Kawai
    • Journal Title

      J.Biol.Chem. 280・47

      Pages: 39200-39207

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] ポリリン酸の良い話2005

    • Author(s)
      河井重幸
    • Journal Title

      生物工学会誌 83・5

      Pages: 244-244

    • NAID

      110002950277

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] NAD-binding mode and the significance of intersubunit contact revealed by the crystal structure of Mycobacterium tuberculosis NAD kinase-NAD complex.2005

    • Author(s)
      Shigetarou Mori
    • Journal Title

      Biochem.Biophys.Res.Commun. 327・2

      Pages: 500-508

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Overexpression, purification, and characterization of ATP-NAD kinase of Sphingomonas sp.A1.2004

    • Author(s)
      Akihito Ochiai
    • Journal Title

      Protein Expr.Purif. 36・1

      Pages: 124-130

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Crystallographic studies of Mycobacterium tuberculosis polyphosphate/ATP-NAD kinase complexed with NAD.2004

    • Author(s)
      Shigetarou Mori
    • Journal Title

      J.Biosci.Bioeng. 98・5

      Pages: 391-393

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Crystal structure of bacterial inorganic polyphosphate/ATP-glucomannokinase : INSIGHTS INTO KINASE EVOLUTION.2004

    • Author(s)
      Takako Mukai
    • Journal Title

      J.Biol.Chem. 279・48

      Pages: 50591-50600

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] 河井重幸: "微生物がもつ2種類のNADキナーゼの構造と機能"化学と生物. 41・5. 280-282 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Takako Mukai: "Characterization and molecular cloning of a novel enzyme, inorganic polyphosphate/ATP-glucomannokinase, of Arthrobacter sp.strain KM"Appl.Environ.Microbiol.. 69・7. 3849-3857 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 河井重幸: "微生物のポリリン酸/ATP-NADキナーゼとATP-NADキナーゼ"応用微生物学研究. 1・1. 18-25 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Shigeyuki Kawai: "Primary structure of inorganic polyphosphate/ATP-NAD kinase from Micrococcus flavus, and occurrence of substrate inorganic polyphosphate for the enzyme"Biosci.Biotechnol.Biochem.. 67・8. 1751-1760 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Takako Mukai: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of inorganic polyphospahte/ATP-glucomannokinase from Arthrobacter sp.strain KM"Acta Cryst.. D59. 1662-1664 (2003)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Shigeyuki Kawai: "Cytosolic NADP phosphatases I and II from Arthrobacter sp.strain KM Implication in regulation of NAD/NADP balance"J.Basic Microbiol.. 44・3(In press). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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