Understanding the core structures and dynamics of membrane protein complexes related in productions of valuable compounds from plants
| Project/Area Number |
21H02115
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
山下 哲 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (70361186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸澤 譲 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (90363267)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
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| Keywords | 脂溶性有用物質 / メタボロン / X線結晶構造解析 / イソプレノイド / 天然ゴム / フラボノイド / ナノディスク / 無細胞翻訳系 |
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| Outline of Research at the Start |
植物が生産するフラボノイドや天然ゴムなどの有用な二次代謝産物は、膜に結合する酵素が複合体をつくることにより効率的に合成していることが徐々にわかってきているが、この膜酵素複合体は壊れやすく、詳細に観察された例がない。本研究では、酵素複合体をナノスケールのディスク状膜構造へ乗せ、その機能に必要な最小単位（コア構造）を解明する。方法として、上記の膜構造に乗せた酵素を特殊な試薬で結び付けたり、同時に結晶化したりすることにより、複数の酵素がどのように相互作用しているかを解明する。また、ナノスケールの酵素の動きを観察できる原子間力顕微鏡（高速バイオAFM）を用いて、複合体のダイナミックな姿を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物が生産する有用な二次代謝産物は、小胞体膜上で酵素複合体メタボロンの形成により効率的に合成されることが明らかになってきた。他の宿主での代替生産系を構築する上でも、メタボロンの構造と機能を理解することが不可欠である。メタボロンの構成因子同士の相互作用は一般的に弱く、膜上で一過性に形成される複合体の単離も困難である。そのため、複合体の量論比、相互作用、ダイナミクスに関する知見は少ない。本研究ではフラボノイドおよび天然ゴム生合成系を対象として、代謝酵素複合体の酵素学的解析、質量分析とX線結晶構造解析により、相互作用様式を解明する。さらに高速原子間力顕微鏡を用いて脂質膜上での複 合体の動態を観察し、種々の溶液条件における複合体形成および解離のダイナミクスを明らかにすることを目的とする。 本年度の実績として、植物のイソフラボノイドメタボロンを構成する縮合酵素と，その活性を調節するパートナータンパク質の複合体の精製をおこない，X線結晶構造解析の結果、世界で初めて複合体構造を決定することに成功した。また，同様な組み合わせで多次元NMRを行い、両者の相互作用界面について、上記のX線構造と整合性を確認した。さらに、高速原子間力顕微鏡の測定では、縮合酵素を基板上に固定することに成功し、パートナータンパク質の結合と解離のダイナミクスをとらえることに成功した。 イソプレノイド生合成経路については、ナノディスク系（脂質二重膜）での観察を発展させるため、関連酵素群の導入と解析をより詳細に行うことができる脂質一重膜粒子を開発し、その系における各酵素および膜安定化タンパク質の性質を決定することができた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(36 results)
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[Presentation] Protein engineering, purification and characterization of a regulatory protein for cis-prenyltransferase from plant2023
Author(s)
Taro YANAI, Kohei TAKESHITA, Riki IMAIZUMI, Natsumi TAMURA, Haruhiko YAMAGUCHI, Yukino MIYAGI-INOUE, Kunishige KATAOKA, Masaki YAMAMOTO, Toru Nakayama, Seiji TAKAHASHI, Satoshi YAMASHITA
Organizer
TERPNET 2023
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[Presentation] Structural and functional importance of the C-terminal conserved region of neryl diphosphate synthase from tomato2023
Author(s)
Riki Imaizumi, Shuto Misawa, Taro Yanai, Kohei Takeshita, Hiroaki Matsuura, Haruhiko Yamaguchi, Yukino Miyagi-Inoue, Naoki Sakai, Kunishige Kataoka, Masaki Yamamoto, Toru Nakayama, Seiji Takahashi, Satoshi Yamashita
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[Presentation] サポジラ(Manilkara zapota)由来trans型プレニルトランスフェラーゼの酵素機能解析2021
Author(s)
三輪幸祐, 廣森美樹, 青木裕一, 和氣駿之, 小島幸治, 山下哲, 山口晴彦, 宮城ゆき乃, 戸澤譲, 中山亨, 高橋征司
Organizer
イソプレノイド研究会例会
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[Presentation] 無細胞翻訳系を用いた脂肪滴への外来酵素導入によるイソプレノイドポリマー生産2021
Author(s)
開琢海, 三輪幸祐, 廣森美樹, 和氣駿之, 山下哲, 戸澤譲, 山口晴彦, 宮城ゆき乃, 岩井雅子, 太田啓之, 中山亨, 高橋征司
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イソプレノイド研究会例会
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