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多価不飽和脂肪酸合成酵素における生産性と生産物制御機構の解明

Research Project

Project/Area Number 18J10174
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biomolecular chemistry
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

林 祥平  北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords多価不飽和脂肪酸 / 脂肪酸合成 / 生合成 / ポリケチド合成酵素
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ドコサヘキサエン酸やエイコサペンタエン酸などの多価不飽和脂肪酸 (PUFA) の発酵生産系開発に向けた基盤研究として、多価不飽和脂肪酸合成酵素 (PUFA合成酵素) における生産性と生産物制御機構の解明に取り組んだ。前年度までの研究では生産物制御に関与する触媒ドメインβ-ketoacyl synthase/chain length factor (KS/CLF) を同定した。さらに、合成酵素を構成する各触媒ドメインと有機合成基質を用いたin vitro PUFA合成システムを再構築し、本解析系を用いてKS/CLFの機能と制御機構を明らかとした。そこで、本年度は詳細な制御機構を明らかにするため、(1)KS/CLFにおける生産物制御に関与するアミノ酸残基の同定、(2)KS/CLFの高次構造解析、(3)生産物のリリース機構の解明について検討を行った。(1)KS/CLFのマルチプルシーケンスアライメント及びPhyre2を用いたモデリングにより制御に重要なアミノ酸残基を絞り込んだ。候補残基をアミノ酸置換により変異させ、合成活性について大腸菌を用いたin vivo系で評価を行った。その結果、CLFの665番目のグルタミン酸及び、705番目のアルギニン残基の変異により生産物組成が変化したことから、これら残基が制御に重要であることがわかった。(2)KS及びCLFについて精製酵素を取得し、ゲル濾過クロマトグラフィーを用いて高次構造解析を行った。その結果、KSはCLFとヘテロ多量体を形成していることが示された。(3)合成酵素における生成物のリリース機構について大腸菌を用いたin vivo解析及び有機合成基質を用いたin vitro解析を行った。その結果、アシルトランスフェラーゼが生成物の加水分解反応を触媒し、生合成における最終ステップに関与することを明らかとした。

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。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Off-Loading Mechanism of Products in Polyunsaturated Fatty Acid Synthases2020

    • Author(s)
      Hayashi Shohei、Ogasawara Yasushi、Satoh Yasuharu、Maruyama Chitose、Hamano Yoshimitsu、Dairi Tohru
    • Journal Title

      ACS Chemical Biology

      Volume: 15 Issue: 3 Pages: 651-656

    • DOI

      10.1021/acschembio.0c00075

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Subtle Control of Carbon Chain Length in Polyunsaturated Fatty Acid Synthases2019

    • Author(s)
      Naka Mai、Ikeuchi Kenshin、Hayashi Shohei、Satoh Yasuharu、Ogasawara Yasushi、Dairi Tohru
    • Journal Title

      ACS Chemical Biology

      Volume: 14 Issue: 12 Pages: 2553-2556

    • DOI

      10.1021/acschembio.9b00803

    • NAID

      120006937028

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control Mechanism for cis Double-Bond Formation by Polyunsaturated Fatty-Acid Synthases2019

    • Author(s)
      Hayashi Shohei、Satoh Yasuharu、Ogasawara Yasushi、Maruyama Chitose、Hamano Yoshimitsu、Ujihara Tetsuro、Dairi Tohru
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 58 Issue: 8 Pages: 2326-2330

    • DOI

      10.1002/anie.201812623

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Control mechanism for carbon chain length in polyunsaturated fatty acid synthases2019

    • Author(s)
      Dairi Tohru、Hayashi Shohei、Naka Mai、Ikeuchi Kenshin、Ohtsuka Makoto、Kobayashi Kota、Satoh Yasuharu、Ogasawara Yasushi、Maruyama Chitose、Hamano Yoshimitsu、Ujihara Tetsuro
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 58 Issue: 20 Pages: 6605-6610

    • DOI

      10.1002/anie.201900771

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 多価不飽和脂肪酸生合成酵素の精密機能解析2019

    • Author(s)
      林祥平、佐藤康治、丸山千登勢、濱野吉十、小笠原泰志、大利徹
    • Organizer
      第61回天然有機化合物討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 精密解析に基づく多価不飽和脂肪酸生合成酵素の機能改変2019

    • Author(s)
      林祥平、佐藤康治、小笠原泰志、大利徹
    • Organizer
      第71回日本生物工学会大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Dissecting polyunsaturated fatty acid synthases for product control2019

    • Author(s)
      Shohei Hayashi、Yasuharu Satoh、Yasushi Ogasawara、Tohru Dairi
    • Organizer
      Society for Industrial Microbiology and Biotechnology annual meeting
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] in vitro 解析による多価不飽和脂肪酸生合成酵素の炭素鎖長制御機構の解明2019

    • Author(s)
      林 祥平,小笠原泰志,佐藤康治,丸山千登勢, 濱野吉十,氏原哲朗,大利 徹
    • Organizer
      2019年度 日本農芸化学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 多価不飽和脂肪酸合成酵素の不飽和度制御機構の解明2018

    • Author(s)
      林祥平, 佐藤康治, 小笠原泰志, 大利徹
    • Organizer
      日本農芸化学会 東北北海道合同支部大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 多価不飽和脂肪酸合成酵素の不飽和度制御機構の解明2018

    • Author(s)
      林祥平, 佐藤康治, 小笠原泰志, 大利徹
    • Organizer
      日本生物工学会 北日本支部札幌シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Dissecting the biosynthetic machinery in bacterial polyunsaturated fatty acid synthases2018

    • Author(s)
      Shohei Hayashi, Mai Naka, Yasuharu Satoh, Yasushi Ogasawara, and Tohru Dairi.
    • Organizer
      3rd European Conference on Natural Products
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 多価不飽和脂肪酸を生産する微生物及び多価不飽和脂肪酸の製造法2018

    • Inventor(s)
      大利 徹, 佐藤 康治, 林 祥平, 小笠原 泰志, 氏原 哲朗
    • Industrial Property Rights Holder
      協和発酵バイオ株式会社
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2018-151233
    • Filing Date
      2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] エイコサペンタエン酸を生産する微生物及びエイコサペンタエン酸の製造法2018

    • Inventor(s)
      大利 徹, 佐藤 康治, 林 祥平, 小笠原 泰志, 氏原 哲朗
    • Industrial Property Rights Holder
      協和発酵バイオ株式会社
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2018-151234
    • Filing Date
      2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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