Metabolic control via protein acylation in Thermus thermophilus

• Project/Area Number: 17J40083
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉田 彩子 東京大学, 生物生産工学研究センター, 特別研究員(RPD) (90633686)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: タンパク質アシル化修飾 / ロイシン生合成 / CoA体代謝 / Thermus thermophilus / 短鎖脂肪酸 / NAD+/NADH比 / 高度好熱菌

Outline of Annual Research Achievements

①タンパク質アシル化修飾によるロイシン生合成酵素の調節機構
網羅的解析から、高度好熱菌Thermus thermophilusのロイシン生合成酵素IPMDHがその活性発現に重要なリジン残基がスクシニル化修飾を受けることがわかっている。スクシニル化によるIPMDHの活性調節機構についても解析を進めたが、スクシニルCoAによって非酵素的にスクシニル化したIPMDHに活性の低下（変化）がみられなかった。また脱スクシニル化酵素の同定はできたが、脱スクシニル化酵素を欠いた株から調製したIPMDHの活性にも変化が見られず、IPMDHが細胞内でスクシニル化修飾される生理的意義は解明されていない。
②CoA体代謝関連酵素の調節機構
タンパク質アセチル化修飾とNAD+結合タンパク質との相互作用によって活性調節を受けるT. thermophilus由来のCoA transferase（CoAT）について、その活性調節機構の詳細を明らかにするため結晶構造解析を進め、CoATや相互作用タンパク質それぞれの結晶構造の決定に成功した。また、CoATとNAD+結合タンパク質の複合体がNAD+だけでなくNADHも結合し、それぞれに対する親和性が異なることから、細胞内のNAD+/NADH比を感知し、CoAT活性を調節していることを明らかにした。この調節機構が脂肪酸分解経路であるβ酸化への短鎖アシルCoAの供給量を制御し、アシルCoAやNADH生産を通じたエネルギー代謝調節に関わることを提唱した。
さらに、短鎖アシルCoA代謝に関わるアシルCoA合成酵素（ACS）ホモログについても機能構造解析を進め、4つあるACSホモログのうち1つはACS活性を示さないにもかかわらず、ある生育環境では生育に必須なことを破壊株、および相補株の解析から示した。また、本ACSホモログについても結晶構造解析を進め、部分構造の決定に成功した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Biochemical characterization of archaeal homocitrate synthase from Sulfolobus acidocaldarius (2019)
  • Author(s): Suzuki, T., Akiyama, N., Ayako, Y., Tomita, T., Lassak, K., Haurat, M. F., Okada, T., Takahashi, K., Albers, S.-V., Kuzuyama, T., and Nishiyama, M.
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 594 Issue: 1 Pages: 126-134
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13550
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Glutamate Dehydrogenase from Thermus thermophilus Is Activated by AMP and Leucine as a Complex with Catalytically Inactive Adenine Phosphoribosyltransferase Homolog (2019)
  • Author(s): Tomita Takeo、Matsushita Hajime、Yoshida Ayako、Kosono Saori、Yoshida Minoru、Kuzuyama Tomohisa、Nishiyama Makoto
  • Journal Title: Journal of Bacteriology Volume: 201 Issue: 14
  • DOI: 10.1128/jb.00710-18
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Protein acetylation on 2-isopropylmalate synthase from Thermus thermophilus HB27 (2019)
  • Author(s): Yoshida Ayako、Yoshida Minoru、Kuzuyama Tomohisa、Nishiyama Makoto、Kosono Saori
  • Journal Title: Extremophiles Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: 377-388
  • DOI: 10.1007/s00792-019-01090-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of two 2-isopropylmalate synthase homologs from Thermus thermophilus HB27 (2018)
  • Author(s): Yoshida Ayako、Kosono Saori、Nishiyama Makoto
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 501 Issue: 2 Pages: 465-470
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.05.013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery and analysis of a novel type of the serine biosynthetic enzyme phosphoserine phosphatase in Thermus thermophilus (2018)
  • Author(s): Chiba Yoko、Yoshida Ayako、Shimamura Shigeru、Kameya Masafumi、Tomita Takeo、Nishiyama Makoto、Takai Ken
  • Journal Title: The FEBS Journal Volume: 286 Issue: 4 Pages: 726-736
  • DOI: 10.1111/febs.14703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of LysK, an enzyme catalyzing the last step of lysine biosynthesis in Thermus thermophilus, in complex with lysine: Insight into the mechanism for recognition of the amino-group carrier protein, LysW (2017)
  • Author(s): S. Fujita, F. Hasebe, S.-H. Cho, T. Tomita, T. Kuzuyama, and M. Nishiyama
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 491 Issue: 2 Pages: 409-415
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.07.088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Insights into the CotB2-Catalyzed Cyclization of Geranylgeranyl Diphosphate to the Diterpene Cyclooctat-9-en-7-ol (2017)
  • Author(s): Takeo Tomita, Seung-Young Kim, Kazuya Teramoto, Ayuko Meguro, Taro Ozaki, Ayako Yoshida, Yudai Motoyoshi, Naoki Mori, Ken Ishigami, Hidenori Watanabe, Makoto Nishiyama, Tomohisa Kuzuyama
  • Journal Title: ACS Chem. Biol. Volume: 12 Issue: 6 Pages: 1621-1628
  • DOI: 10.1021/acschembio.7b00154
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高度好熱菌由来CoA transferaseの制御タンパク質ADLPの機能構造解析 (2020)
  • Author(s): 吉田彩子、山本寛之、富田武郎、葛山智久、西山真
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会（学会中止）
• [Presentation] アミノ基キャリアタンパク質を利用した一次・二次代謝生合成 (2019)
  • Author(s): 吉田彩子、西山真
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会
  • Invited
• [Presentation] Regulatory function of CoA transferase from Thermus thermophilus HB27 (2019)
  • Author(s): Ayako Yoshida, Hiroyuki Yamamoto, Takeo Tomita, Minoru Yoshida, Saori Kosono, Tomohisa Kuzuyama, Makoto Nishiyama
  • Organizer: Thermophiles 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高度好熱菌由来短鎖脂肪酸代謝酵素の調節機構 (2019)
  • Author(s): 吉田彩子
  • Organizer: 日本農芸化学会関東支部 2019 年度大会
  • Invited
• [Presentation] CoA transferase from Thermus thermophilus is regulated by catalytically inactive alanine dehydrogenase-like protein (2019)
  • Author(s): Ayako Yoshida, Hiroyuki Yamamoto, Takeo Tomita, Minoru Yoshida, Saori Kosono, Tomohisa Kuzuyama, Makoto Nishiyama
  • Organizer: 1st Japan-Germany-Switzerland Workshop for Enzyme Technology and Bioprocess Development 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アミノ酸生合成酵素の機能と調節機構に関する研究 (2019)
  • Author(s): 吉田彩子
  • Organizer: 第18回日本農学進歩賞受賞講演
• [Presentation] 高度好熱菌由来CoA transferaseの活性調節機構に関する研究 (2018)
  • Author(s): 吉田彩子、山本寛之、富田武郎、吉田稔、葛山智久、古園さおり、西山真
  • Organizer: 酵素補酵素研究会2018
• [Presentation] CoA transferase from Thermus thermophilus is regulated by protein acetylation and protein interaction (2018)
  • Author(s): Ayako Yoshida, Hiroyuki Yamamoto, Takeo Tomita, Minoru Yoshida, Saori Kosono, Makoto Nishiyama
  • Organizer: Extremophiles2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulatory mechanisms of short-chain CoA transferase from Thermus thermophilus mediated by protein acetylation and protein-protein interaction (2018)
  • Author(s): Ayako Yoshida, Hiroyuki Yamamoto, Takeo Tomita, Minoru Yoshida, Tomohisa Kuzuyama, Saori Kosono, Makoto Nishiyama
  • Organizer: International workshop on "50th anniversary of Thermus thermophilus discovery"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermus thermophilusの有する新規セリン生合成酵素の同定と性状解析 (2018)
  • Author(s): 千葉洋子、島村繁、吉田彩子、西山真、高井研
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] 高度好熱菌における代謝酵素のアシル化修飾による調節機構 (2017)
  • Author(s): 吉田彩子
  • Organizer: 第10回北陸合同バイオシンポジウム
• [Presentation] Regulation of isopropylmalate synthase from Thermus thermophilus via protein acylation (2017)
  • Author(s): Ayako Yoshida, Saori Kosono, Makoto Nishiyama
  • Organizer: The 19th Japanese-German Workshop on Enzyme Technology
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東京大学生物生産工学研究センター細胞機能工学研究室ホームページ
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biotec-res-ctr/saiboukinou/