新規なバイオポリエステルの理論的設計を目指した関連酵素の構造-機能研究

• Project/Area Number: 17681009
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Environmental technology/Environmental materials
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 久野 玉雄 The Institute of Physical and Chemical Research, 生物超分子結晶学研究チーム, 研究員 (20312267)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥31,330,000 (Direct Cost: ¥24,100,000、Indirect Cost: ¥7,230,000); Fiscal Year 2007: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2006: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2005: ¥14,820,000 (Direct Cost: ¥11,400,000、Indirect Cost: ¥3,420,000)
• Keywords: バイオポリエステル / 生分解性 / 酵素 / 立体構造 / 構造と機能 / 生分解性ポリエステル / ポリヒドロキシアルカン酸 / ポリヒドロキシブタン酸 / PHA分解酵素 / 結晶構造 / ポリマー分解機構 / 基質認識機構 / 酵素-基質複合体

Research Abstract

ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)は微生物によって作られ、また分解されるバイオポリエステルである。モノマーユニットのR-3-ヒドロキシアルカン酸は様々な栄養物から微生物代謝によって作られ、PHA合成酵素によって重合されてPHAポリマーとなる。PHAは細胞内または細胞外に分泌される特異的な微生物酵素によって分解される。マルチドメイン構造を持つPHA分解酵素について、結晶化および構造解析を行った。その結果、単斜晶系に属する棒状結晶が得られ、マルチドメインPHA分解酵素の結晶化に世界に先駆けて初めて成功した。X線回折強度を大型放射光施設SPring-8において測定し、分解能1.7Åの回折強度データを得た。PHA合成酵素について、野生型および変異型酵素を用いて結晶化条件の検討を行った。この酵素は可溶性が低いために結晶化を行うのに問題があったが、添加剤を検討することで可溶性を向上させることができた。しかし、これまでに構造解析に適する高品質の結晶は得られなかった。芳香族化合物をモノマーユニットに持つポリマーの酵素分解を検討するため、4-ヒドロキシフェニル酢酸を分解する酵素について、構造と機能の検討を行った。4-ヒドロキシフェニル酢酸に水酸基を導入する反応を触媒する4-ヒドロキシフェニル酢酸モノオキシゲナーゼの分解能1.66Åにおける結晶構造解析に成功し、この酵素ファミリーにおける特異な酵素機能を初めて明らかにした。本酵素と基質との複合体の構造解析によって、酵素と基質の詳細な相互作用様式を明らかにした。本酵素には基質結合サイトが形成されておらず、コファクター(フラビン)の結合によって引き起こされる構造変化によって形成されることが判った。また不安定なC4a-ヒドロペルオキシフラビン反応中間体の生成および安定化の酵素機構を明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Crystal Structure of the Oxygenase Component(HpaB)of 4-Hydroxyphenylacetate 3-Monooxygenase from Thermus thermophilus HB8 (2007)
  • Author(s): Seong-Hoon Kim, Tamao Hisan, Kazuki Takeda, Wakana Iwasaki, Akio Ebihara, Kunio Miki
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry 282 Pages: 33107-33117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystallization and Preliminary X-ray Analysis of the Oxygenase Component(HpaB)of 4-Hydroxyphenylacetate 3-Monooxygenase from Thermus thermophilus HB8 (2007)
  • Author(s): Seong-Hoon Kim, Hideyuki Miyatake, Tamao Hisan, Wakana Iwasaki, Akio Ebihara, Kunio Miki
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section F 63 Pages: 556-559
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Characterization of the Poly(3-Hydroxybutyrate) Depolymerase Gene from Penicillium funiculosum (2007)
  • Author(s): Kenichi Kasuya, Yoko Tezuka, Nariaki Ishii, Yoko Yamagata, Mari Shiraki, Terumi Saito, Tamao Hisano, Tadahisa Iwata, Yoshiharu Doi
  • Journal Title: Macromolecular Symposia (in press)
• [Journal Article] Crystal Structure of the Flavin Reductase Component(HpaC) of 4-Hydroxyphenylacetate 3-Monooxygenase from Thermus thermophilus HB8 : Structural basis for the flavin affinity (2007)
  • Author(s): Seong-Hoon Kim, Tamao Hisan, Wakana Iwasaki, Akio Ebihara, Kunio Miki
  • Journal Title: PROTEINS : Structure, Function, and Bioinformatics (in press)
• [Journal Article] The Crystal Structure of Polyhydroxybutyrate Depolymerase from Penicillium funiculosum Provides Insights into the Recognition and Degradation of Biopolyesters (2006)
  • Author(s): Tamao Hisano, Ken-icni Kasuya, Yoko Tezuka, Nariaki Ishii, Teruyuki Kobayashi, Mari Shiraki, Emin Oroudjev, Helen Hansma, Tadahisa Iwata, Yoshiharu Doi, Terumi Saito, Kunio Miki
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology 356(4) Pages: 933-1004
• [Presentation] 2成分モノオキシゲナーゼの結晶構造 (2007)
  • Author(s): 金成勲、久野玉雄、竹田一旗、岩崎わかな、海老原章郎、三木邦夫
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会年会・第80回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Book] 第5版実験化学講座1 1-物質の構造III 回折- 5章 生体高分子の結晶構造 (2006)
  • Author(s): 三木邦夫, 喜田昭子, 宮武秀行, 久野玉雄, 田中勲, 渡邉信久, 姚閔
  • Total Pages: 48
  • Publisher: 丸善株式会社