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セルラーゼの2分子相乗効果メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 15J10657
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Wood science
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

立岡 美夏子  東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsセルラーゼ / 分子進化工学 / スクリーニング / バイオマス糖化 / 結晶構造解析 / X線結晶構造解析
Outline of Annual Research Achievements

木質や草本などのセルロース系バイオマスは持続可能な資源であり量も豊富であることから、液体燃料や化成品の原料など石油の代替資源としての利用が期待されている。バイオマス酵素糖化プロセスにおいては結晶性セルロース分解が律速となることが知られている為、自然界の主な分解者であるカビやキノコ由来のセルラーゼによる分解メカニズムを理解することは重要な課題である。そこで本研究では、糸状菌由来の異なる2種類のセルラーゼ(Cel6とCel7)がセルロース表面上で協調的に働くメカニズムを解明するため、詳細な反応機構が分かっていないCel6に着目し、ランダム変異導入法を用いた機能改変によってその反応機構を考察した。本年度は、X線結晶構造解析によりCel6の立体構造を決定し、触媒中心のループのゆらぎを解析することによって、基質を認識して加水分解反応を行う仕組みを明らかにした。さらに、高分解能X線結晶構造解析を合わせて行い、基質複合体での構造変化とプロトン化の状態の変化から、水素結合ネットワークの組換えによる一般酸触媒によるプロトン供与の機構を提案した。また、ランダム変異導入法をPcCel6Aに適用することによって、結晶性セルロースに対する反応特性の異なるPcCel6A変異体を得ることに成功し、その変異が触媒中心の生成物側のサブサイトに位置していることを明らかにした。2分子の相乗効果においても本変異が活性向上に寄与するかについて今後より詳細な検討を合わせて行うことによって、酵素分解の更なる効率化につながる可能性がある。本酵素の加水分解反応効率には生成物と酵素の親和性が大きく影響していることを明らかとしたことで、結晶性セルロース分解に寄与する性質について新たな知見を示した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2018 2017 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Production of Large-volume Cellulase Crystals for Visualization of Hydrogen Atoms2017

    • Author(s)
      立岡美夏子, 中村彰彦, 石田卓也, 高橋幸子, 厳斌, 田仲広明, 古林直樹, 伊中浩治, 五十嵐圭日子, 鮫島正浩
    • Journal Title

      International journal of microgravity science and application

      Volume: 34 Issue: 1 Pages: 340108

    • DOI

      10.15011//jasma.34.340108

    • NAID

      130007842594

    • ISSN
      2188-9783
    • Year and Date
      2017-01-31
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crystal structure of a family 6 cellobiohydrolase from the basidiomycete Phanerochaete chrysosporium2017

    • Author(s)
      Tachioka Mikako、Nakamura Akihiko、Ishida Takuya、Igarashi Kiyohiko、Samejima Masahiro
    • Journal Title

      Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications

      Volume: 73 Issue: 7 Pages: 398-403

    • DOI

      10.1107/s2053230x17008093

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of simple random mutagenesis protocol for the protein expression system in Pichia pastoris2016

    • Author(s)
      Tachioka, M., Sugimoto, N., Nakamura, A., Sunagawa, N., Ishida, T., Uchiyama, T., Igarashi, K., and Samejima, M.
    • Journal Title

      Biotechnol. Biofuels

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 199-199

    • DOI

      10.1186/s13068-016-0613-z

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 高分解能 X 線結晶構造解析による担子菌由来セロビオヒドロラーゼの加水分解機構の検討2018

    • Author(s)
      立岡美夏子、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • Organizer
      第68回日本木材学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] セロビオヒドロラーゼCel6Aの結晶構造解析2017

    • Author(s)
      立岡美夏子、中村彰彦、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • Organizer
      第31回セルラーゼ研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Sub-Atomic Resolution X-Ray and Neutron Structure Analysis of the GH Family 6 Cellobiohydrolase2017

    • Author(s)
      M Tachioka, A Nakamura, T Ishida, K Igarashi, M Samejima
    • Organizer
      Gordon Research Seminar/Conference: Cellulases & Other Carbohydrate-Active Enzymes
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Phanerochaete chrysosporium由来セロビオヒドロラーゼIIの中性子結晶構造解析2017

    • Author(s)
      立岡美夏子、中村彰彦、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • Organizer
      第66回日本応用糖質科学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 担子菌由来セルラーゼの微小重力下での結晶化と高分解能 X 線構造解析2017

    • Author(s)
      立岡美夏子、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • Organizer
      第67回日本木材学会大会
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 担子菌 Phanerochaete chrysosporium 由来セロビオヒドロラーゼ PcCel6A の構造と機能の解析2016

    • Author(s)
      立岡 美夏子、石田卓也、内山拓、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • Organizer
      第66回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知・名古屋市)
    • Year and Date
      2016-03-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] セルラーゼの機能改変を目指したランダム変異導入法とスクリーニング手法の開発2016

    • Author(s)
      立岡美夏子、杉本直久、中村彰彦、内山拓、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • Organizer
      第11回バイオマス科学会議
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟・中央区)
    • Year and Date
      2016-01-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素原子可視化を目指したセロビオヒドロラーゼCel6AのX線結晶構造解析2016

    • Author(s)
      立岡美夏子、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • Organizer
      第30回セルラーゼ研究会
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Crystallization of GH6 cellobiohydrolase in microgravity and structure determination at 0.80 Å resolution2015

    • Author(s)
      Mikako Tachioka, Akihiko Nakamura, Takuya Ishida, Koji Inaka, Yoshiki Higuchi, Masahiro Samejima and Kiyohiko Igarashi
    • Organizer
      Gordon research conference
    • Place of Presentation
      ニューハンプシャー(米国)
    • Year and Date
      2015-08-02
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 糖質加水分解酵素ファミリー6に属する担子菌由来セロビオヒドロラーゼの高分解能X線結晶構造解析2015

    • Author(s)
      立岡美夏子、中村彰彦、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • Organizer
      第29回セルラーゼ研究会
    • Place of Presentation
      横浜テクノタワーホテル(神奈川・横浜市)
    • Year and Date
      2015-07-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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