Characterizaition and functional modification of GH family 18 chitinases from alkaliphilic bacteria

• Project/Area Number: 16K05839
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Bio-related chemistry
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: NAKAMURA Satoshi 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (50227899)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: GH18キチナーゼ / マルチドメイン酵素 / 触媒ドメイン / キチナーゼ挿入ドメイン / キチン結合ドメイン / エンド型 / エキソ型 / プロセッシビティ / 好アルカリ性放線菌 / Nocardiopsis sp. / GHファミリー18 / キチナーゼ

Outline of Final Research Achievements

GH family 18 (GH18) chitinases are known to have some additional domains, such as a chitin-binding domain (ChBD), a fibronectin type III-like domain (FnIIID) and a chitinase insertion domain (CID), as well as a GH18 catalytic domain. The role of additional domains in chitin hydrolysis remains unclear to date. In order to clarify the role of the additional domains, many chimeric enzymes were prepared and characterized. The CID proved to contribute to exo-type digestion and processivity against soluble and insoluble chitins. Furthermore, the ChBD and FnIIID might also contribute to exo-type digestion and processivity against insoluble chitin.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

GH18キチナーゼには，GH18触媒ドメインのみからなるシングルドメイン酵素のほか，ChBD，FnIIIDおよびCIDといった付加ドメインを有するマルチドメイン酵素も存在する。また，エンド型とエキソ型の酵素が混在しており，プロセッシビティを示すものも知られている。本研究は，そのような多様な切断様式に及ぼす各種付加ドメインの役割を解明することを目的としている。付加ドメインを入れ替えたキメラ酵素を網羅的に調製し，種々の基質を用いて詳細な解析を行うことで，長年にわたる懸案事項を一気に解決しようとする点に本研究の学術的意義があり，産業界への波及効果も大きい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 清華大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 清華大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 清華大学(中国)
• [Journal Article] Characterization of novel arabinofuranosidases from Paenibacillus sp. strain H2C (2020)
  • Author(s): Keiko Okuda, Kiseki Ito, Yusuke Hagiwara, Tomohiro Okeda, Rie Yatsunami, Toshiaki Fukui and Satoshi Nakamura
  • Journal Title: Journal of Japanese Society for Extremophiles Volume: 18
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 好アルカリ性細菌由来 GH18 キチナーゼを構成する各種ドメインの機能解析 (2020)
  • Author(s): 石井 稔, 遠山絹華, 戸松彩理, 大竹 潤, 八波利恵, 福居俊昭, 中村 聡
  • Journal Title: キチン・キトサン研究 Volume: 26(1) Pages: 52-52
• [Journal Article] Increase in the thermostability of GH11 xylanase XynJ from Bacillus sp. strain 41M-1 using site saturation mutagenesis (2019)
  • Author(s): Teisuke Takita, Kota Nakatani, Yuta Katano, Manami Suzuki, Kenji Kojima, Naoki Saka, Bunzo Mikami, Rie Yatsunami, Satoshi Nakamura, Kiyoshi Yasukawa
  • Journal Title: Enzyme and Microbial Technology Volume: 130 Pages: 109363-109363
  • DOI: 10.1016/j.enzmictec.2019.109363
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Isolation of four xylanases capable of hydrolyzing corn fiber xylan from Paenibacillus sp. H2C (2019)
  • Author(s): Yusuke Hagiwara, Yasuhiro Mihara, Koichi Sakagami, Ryuta Sagara, Undramaa Bat-Erdene, Rie Yatsunami and Satoshi Nakamura
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 84(3) Pages: 640-650
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of a novel multi-domain chitinase from alkaliphilic Nocardiopsis sp. strain F96 (2018)
  • Author(s): Kinuka Toyama, Daiki Misu, Rei Kajitani, Kimiko Endo, Tetsuya Fukazawa, Rie Yatsunami, Takehiko Ito, Toshiaki Fukui and Satoshi Nakamura
  • Journal Title: Journal of Japanese Society for Extremophiles Volume: 16 Pages: 37-45
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Increase in the thermostability of Bacillus sp. strain TAR-1 xylanase using a site saturation mutagenesis library (2018)
  • Author(s): Kota Nakatani, Yuta Katano, Kenji Kojima, Teisuke Takita, Rie Yatsunami, Satoshi Nakamura, and Kiyoshi Yasukawa
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 82 Pages: 1715-1723
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Earth analogs for past and future life on Mars: Isolation of perchlorate resistant halophiles from Big Soda Lake (2016)
  • Author(s): Matsubara, T., Fujishima, K., Saltikov, CW., Nakamura, S., Rothschild, LJ.
  • Journal Title: Int J Astrobiology Volume: - Issue: 3 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1017/s1473550416000458
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 好アルカリ性細菌由来 GH18 キチナーゼを構成する各種ドメインの機能解析 (2019)
  • Author(s): 石井 稔, 遠山絹華, 戸松彩理, 大竹 潤, 八波利恵, 福居俊昭, 中村 聡
  • Organizer: 第33回日本キチン・キトサン学会大会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌Halobacterium salinarum由来GH18キチナーゼChiN1およびChiN2の類縁菌Haloarcula japonicaにおける発現と性質検討 (2019)
  • Author(s): 佐野 遥，重光千彩，遠山絹華，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第33回日本キチン・キトサン学会大会
• [Presentation] 細菌由来各種 GH18 キチナーゼを構成する各種付加ドメインの機能解析 (2019)
  • Author(s): 石井 稔，遠山絹華，戸松彩理，大竹 潤，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会第82回講演会
• [Presentation] Halobacterium salinarum 由来好塩性 GH18 キチナーゼ ChiN1 および ChiN2 の性質および付加ドメインの役割 (2019)
  • Author(s): 佐野 遥，重光千彩，遠山絹華，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会第82回講演会
• [Presentation] 極限酵素のタンパク質工学と指向性進化 (2019)
  • Author(s): 中村 聡
  • Organizer: 第124回触媒討論会
  • Invited
• [Presentation] Cleavage specificities of GH10 xylanases from Paenibacillus sp. H2C (2018)
  • Author(s): Keiko Okuda , Bat-Erdene Undramaa , Yusuke Hagiwara , Koichi Sakagami , Yasuhiro Mihara, Rie Yatsunami, Toshiaki Fukui , Satoshi Nakamura
  • Organizer: The 20th Biocatalysis Symposium of Japan
• [Presentation] 好アルカリ性細菌 Bacillus sp. J813 株由来 GH18 キチナーゼに存在する挿入ドメインの機能解明 (2017)
  • Author(s): 戸松彩理，遠山絹華，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第31回日本キチン・キトサン学会大会
• [Presentation] 好アルカリ性放線菌Nocardiopsis sp. F96株由来 GH ファミリー18キチナーゼの性質検討および各ドメインの機能解明 (2016)
  • Author(s): 遠山絹華，三須大樹，梶谷 嶺，遠藤きみ子，深沢徹也，康 斐，八波利恵，伊藤武彦，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 極限環境生物学会2016年度（第17回）年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台大学会館（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] Characterization of GH Family 18 Chitinases from Alkaliphilic Actinomycete Nocardiopsis sp. Strain F96 (2016)
  • Author(s): Kinuka Toyama, Daiki Misu, Rei Kajitani, Kimiko Endo, Tetsuya Fukazawa, Rie Yatsunami, Takehiko Ito, Toshiaki Fukui, Satoshi Nakamura
  • Organizer: Extremophiles 2016 (11 th International Congress on Extremophiles)
  • Place of Presentation: 京都大学百周年時計台記念館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-09-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 好アルカリ性放線菌 Nocardiopsis sp. F96由来GHファミリー18キチナーゼChiF1およびChiF3の性質検討 (2016)
  • Author(s): 遠山絹華，三須大樹，梶谷 嶺，遠藤きみ子，深沢徹也, 八波利恵, 伊藤武彦, 福居俊昭, 中村 聡
  • Organizer: 第30回キチン・キトサン学会大会
  • Place of Presentation: ウエスタ川越（埼玉県川越市）
  • Year and Date: 2016-08-18
• [Book] 新版 ビギナーのための微生物実験ラボガイド (2019)
  • Author(s): 中村 聡，中島春紫，伊藤政博，道久則行，八波利恵
  • Total Pages: 224
  • Publisher: 講談社
  • ISBN: 9784065135990
• [Book] 有害微生物の制御と管理―現場対応への実践的な取り組み (2016)
  • Author(s): 中村 聡・著，高鳥浩介，久米田裕子，土戸哲明，古畑勝則・監修
  • Total Pages: 664
  • Publisher: 株式会社テクノシステム
• [Remarks] 中村(聡)・八波研究室ホームページ
  • URL: http://www.nakamura.bio.titech.ac.jp
• [Remarks] 中村（聡）・八波研究室ホームページ
  • URL: http://www.nakamura.bio.titech.ac.jp
• [Patent(Industrial Property Rights)] Hemicellulase (2019)
  • Inventor(s): Ajinomoto Co., Inc.
  • Industrial Property Rights Holder: Ajinomoto Co., Inc.
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019
  • Overseas