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Elucidation of the process of aggregation by creating an in vitro enzymatic reaction scaffold

Research Project

Project/Area Number 22KJ3015
Project/Area Number (Other) 21J22995 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 37010:Bio-related chemistry
Research InstitutionRitsumeikan University

Principal Investigator

廣瀬 光了 (2022-2023)  立命館大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)

廣瀨 光了 (2021)  立命館大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords色素 / クロロフィル / 酵素 / 有機合成 / 生合成・代謝経路 / 生合成過程
Outline of Research at the Start

今まで行われた生体外での酵素反応系では、1種類の酵素が1種類の基質と反応して得られた1種類の反応後生成物しか確認できないため、酵素の制御機構(2種類以上の生合成酵素同士の関係性や色素が生合成される時の基質と酵素の反応機構など)を含む生理学は不明であった。そこで、脂質に固定化させた複数の酵素が連続的反応を行う酵素反応場を作成し、一連の生合成経路を再現する。これにより、複数の酵素同士が協力して得られる生成物や酵素反応性などを検討して、酵素間の関係性を解明する。さらに再現された生合成経路で合成された色素が色素運搬タンパク質WSCPと協同して、精密に配向した会合体を形づくるのかどうかも確認する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の第一目的としていた「クロロフィル生合成過程に関わる酵素の反応機構の解明」については、既に達成することができた。生体外の酵素反応だけではなく、計算科学の分野も組み合わせることで、標的酵素の反応機構(アミノ酸残基を含めた)を分子レベルで解明することができた。これらの研究成果を取りまとめ、国内の学会で2件の発表を行うことができた。さらに、その研究内容を取りまとめた論文が査読付き国際学術誌に掲載された。
本研究の第二目的としていた「酵素の制御機構(生合成酵素の基質特異性から推測する反応機構や2種類以上の酵素同士の関係性)を含む生理学の解明」に努めた結果、クロロフィル色素の生合成経路に関わる酵素の反応機構を分子レベルで推定でき、国内外の学会で2件の発表を行えただけでなく、その内容の論文が査読付き国際学術誌に掲載された。
また、本研究で培った技術や知識に基づいて、様々な方向性へ研究展開を行った。その結果、新規のクロロフィル(誘導体)の合成と同定を達成することができた。さらに、多数の(非)天然クロロフィル色素の微量分析を行い、分析による同定プロファイルを作成することもできた。加えて、クロロフィル代謝過程で働く重要な酵素についても新たな知見を得ることができた。以上のそれぞれの研究内容について、共著者として国内の学会発表4件に貢献できた。また、それらの研究内容を取りまとめた論文が2報、査読付き国際学術誌に掲載された。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] In vitro reversible dehydration in C3-substituents of zinc chlorophyll analogs by BchF and BchV enzymes: Stereoselectivity and substrate specificity in the dehydration2023

    • Author(s)
      Hirose Mitsuaki、Tsukatani Yusuke、Harada Jiro、Tamiaki Hitoshi
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics

      Volume: 1864 Issue: 2 Pages: 148959-148959

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2023.148959

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chiral-phase HPLC separation of (divinyl-)protochlorophyllide-a enantiomers as key precursors in chlorophyll biosynthesis from their 132-stereoisomeric prime forms2023

    • Author(s)
      Shiozaki Mai、Mizoguchi Tadashi、Harada Jiro、Hirose Mitsuaki、Tamiaki Hitoshi
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics

      Volume: 1864 Issue: 2 Pages: 148960-148960

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2023.148960

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Predicted Structure of the BciC Enzyme Catalyzing the Removal of the C132-Methoxycarbonyl Group for Biosynthesis of Chlorosomal Chlorophylls: A Mechanism for Dual Catalytic Functions of Hydrolysis and Decarboxylation inside Its Active Site2023

    • Author(s)
      Hirose Mitsuaki、Harada Jiro、Kashiyama Yuichiro、Tamiaki Hitoshi
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 62 Issue: 9 Pages: 1443-1451

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.2c00715

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of regioisomeric diterpenoid tails in bacteriochlorophylls produced by geranylgeranyl reductase from Halorhodospira halochloris and Blastochloris viridis2022

    • Author(s)
      Hirose Mitsuaki、Tsukatani Yusuke、Harada Jiro、Tamiaki Hitoshi
    • Journal Title

      Photosynthesis Research

      Volume: 154 Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1007/s11120-022-00938-3

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Physicochemical and biochemical properties of synthetic zinc 131-(un)substituted chlorophyll-a derivatives2021

    • Author(s)
      Hirose Mitsuaki、Harada Jiro、Maeda Hiroaki、Tamiaki Hitoshi
    • Journal Title

      Tetrahedron

      Volume: 88 Pages: 132151-132151

    • DOI

      10.1016/j.tet.2021.132151

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 3位または8位置換クロロフィル誘導体を用いた生体外でのSGR酵素反応とその基質特異性2023

    • Author(s)
      佐藤颯真, 廣瀨光了, 田中亮一, 伊藤寿, 民秋均
    • Organizer
      第64回植物生理学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 3位のビニル基の水和を触媒するBchFとBchVによる亜鉛バクテリオクロロフィリドdとそのホモログ体の脱水反応とその応用2023

    • Author(s)
      廣瀨 光了, 塚谷 祐介, 原田 二朗, 民秋 均
    • Organizer
      第64回植物生理学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] プロティストによるクロロフィル類の構造・機能改変2023

    • Author(s)
      民秋均, 埜村颯, 廣瀨光了, 柏山祐一郎
    • Organizer
      日本化学会第103回春季年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] π共役型E環縮環クロロフィル誘導体の合成と物性2023

    • Author(s)
      民秋均, 山下謙真, 廣瀨光了
    • Organizer
      日本化学会第103回春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] BciC酵素による加水分解と脱炭酸反応の推定機構2023

    • Author(s)
      廣瀨 光了, 原田 二朗, 柏山祐一郎, 民秋 均
    • Organizer
      日本化学会第103回春季年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 好塩性光合成細菌のゲラニルゲラニル還元酵素による不完全な還元反応2022

    • Author(s)
      塚谷 祐介、廣瀨 光了、原田 二朗、民秋 均
    • Organizer
      第12回光合成学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] クロロフィル生合成系:酸化還元酵素BchC存在下で加速されるBchF水和反応の解明2022

    • Author(s)
      廣瀨 光了、塚谷 祐介、原田 二朗、民秋 均
    • Organizer
      第29回光合成セミナー2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 緑色硫黄細菌の色素合成経路ではたらくC132位メトキシカルボニル基脱離酵素BciCのAlphaFold2解析による構造解析と生化学的解析からの反応機構の検証2022

    • Author(s)
      廣瀨光了, 原田二朗, 柏山祐一郎, 民秋均
    • Organizer
      第13回藍藻の分子生物学2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] A BchF enzyme catalytically dehydrates a 1-hydroxyethyl group at the C3-position in zinc bacteriochlorophyll-d derivatives2022

    • Author(s)
      Mitsuaki Hirose, Yusuke Tsukatani, Jiro Harada, Hitoshi Tamiaki
    • Organizer
      SNCPP22
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機合成法でアプローチする生体外におけるBciC酵素反応の基質特異性の検討2022

    • Author(s)
      廣瀨 光了、原田 二朗、民秋 均
    • Organizer
      第一回原核光合成生物シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] バクテリオクロロフィルc,d,e 分子の生合成経路で働くBciC 酵素反応機構の解明2021

    • Author(s)
      廣瀨 光了、原田 二朗、民秋 均
    • Organizer
      第11回光合成学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] BciC enzymatic reactions of synthetic zinc 131-(un)substituted chlorophyll a derivatives2021

    • Author(s)
      Mitsuaki Hirose, Jiro Harada, Hiroaki Maeda, Hitoshi Tamiaki
    • Organizer
      SNCPP21
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Physico- and biochemical properties of synthetic zinc 131-(un)substituted chlorophyll-a derivatives2021

    • Author(s)
      Mitsuaki Hirose, Jiro Harada, Hiroaki Maeda, Hitoshi Tamiaki
    • Organizer
      Tetrahedron Symposium
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Elucidation of BciC enzymatic reaction mechanism2021

    • Author(s)
      Mitsuaki Hirose, Misato Teramura, Jiro Harada, and Hitoshi Tamiaki
    • Organizer
      Pacifichem 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 葉緑素(クロロフィル)の生合成に関わる酵素の反応機構を分子レベルで解明

    • URL

      https://www.ritsumei.ac.jp/profile/pressrelease_detail/?id=836

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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