Studies on the structure-function relationships in sweet-tasting proteins and the effects of the masking of bitterness by sweet-tasting proteins

• Project/Area Number: 25450167
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Food science
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: masuda tetsuya 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (80311744)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2015: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2013: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 甘味タンパク質 / ソーマチン / Ｘ線結晶構造解析 / 室温構造解析 / 苦味抑制 / thaumatin / sweet taste / bitter taste / X-ray crystallography / XFEL / atomic resolution / room temperature / radiation damage / taste / sweetness / bitterness / x-ray crystallization

Outline of Final Research Achievements

The structure of recombinant thaumatin II was determined at the resolution of 0.99Å. The flexible conformations in two critical residues were important for interaction with sweet taste receptors. We introduced a grease-matrix carrier for protein microcrystals and obtained the structure of thaumatin under ambient conditions by Serial femtosecond X-ray crystallography.
We successfully obtained a protein with enhanced sweetness by removing negative charges on the interacting side of thaumatin. The complex model between sweet receptor and thaumatin confirmed that each of the positively charged residues critical for sweetness is close to a receptor residue of opposite charge to yield optimal electrostatic interaction. We prepared the HEK cells stably expressing bitter receptors and ascertained the effect of the masking of bitterness by thaumatin.

Research Products

• [Int'l Joint Research] フェデリコ2世ナポリ大学(イタリア)
• [Journal Article] A Hypersweet Protein: Removal of The Specific Negative Charge at Asp21 Enhances Thaumatin Sweetness. (2016)
  • Author(s): Masuda, T., Ohta, K., Ojiro, N., Murata, K., Mikami, B., Tani, F., Temussi, P.A., and Kitabatake, N.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/srep20255
  • NAID: 120005702814
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Precipitation of sword bean proteins by heating and addition of magnesium chloride in a crude extract. (2016)
  • Author(s): Nishizawa, K., Masuda, T., Takenaka, Y., Masui, H., Tani, F., and Arii, Y.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 29 Issue: 8 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1164587
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Redox-coupled proton transfer mechanism in nitrite reductase revealed by femtosecond crystallography. (2016)
  • Author(s): Fukuda Y, Tse KM, Nakane T, Nakatsu T, Suzuki M, Sugahara M, Inoue S, Masuda T, Yumoto F, Matsugaki N, Nango E, Tono K, Joti Y, Kameshima T, Song C, Hatsui T, Yabashi M, Nureki O, Murphy ME, Inoue T, Iwata S, Mizohata E.
  • Journal Title: PNAS Volume: 113 Issue: 11 Pages: 2828-2933
  • DOI: 10.1073/pnas.1517770113
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Native sulfur/chlorine SAD phasing for serial femtosecond crystallography. (2015)
  • Author(s): Nakane T, Song C, Suzuki M, Nango E, Kobayashi J, Masuda T, Inoue S, Mizohata E, Nakatsu T, Tanaka T, Tanaka R, Shimamura T, Tono K, Joti Y, Kameshima T, Hatsui T, Yabashi M, Nureki O, Iwata S, Sugahara M.
  • Journal Title: Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. Volume: 71 Issue: 12 Pages: 2519-25
  • DOI: 10.1107/s139900471501857x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Grease matrix as a versatile carrier of proteins for serial crystallography. (2015)
  • Author(s): Sugahara M, Shimamura T, et al.
  • Journal Title: Nat Methods. Volume: 12 Issue: 1 Pages: 61-63
  • DOI: 10.1038/nmeth.3172
  • NAID: 120005682565
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atomic structure of recombinant thaumatin II reveals flexible conformations in two residues critical for sweetness and three consecutive glycine residues. (2014)
  • Author(s): Masuda, T., Mikami, B., Tani, F.
  • Journal Title: Biochimie. Volume: 106 Pages: 33-38
  • DOI: 10.1016/j.biochi.2014.07.016
  • NAID: 120005682566
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 甘味タンパク質の構造機能相関、ソーマチンから見えてきたこと (2014)
  • Author(s): 桝田哲哉
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 52 Pages: 23-32
  • NAID: 130004808931
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Five amino acid residues in cysteine-rich domain of human T1R3 were involved in the response for sweet-tasting protein, thaumatin. (2013)
  • Author(s): Masuda T., Taguchi, W., Sano, A., Ohta, K., Kitabatake, N., and Tani, F.
  • Journal Title: Biochimie Volume: 95 Issue: 7 Pages: 1502-1505
  • DOI: 10.1016/j.biochi.2013.01.010
  • NAID: 120005293582
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 甘味タンパク質ソーマチンと甘味受容体との応答特性 (2013)
  • Author(s): 桝田哲哉、谷史人
  • Journal Title: 生体の科学、増大特集 細胞表面受容体 Volume: 64 Pages: 432-433
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチンの甘味強化 (2016)
  • Author(s): 桝田 哲哉、太田 圭介、小代 奈央子、村田 一輝、三上 文三、谷 史人、Temussi Piero、 北畠 直文
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] シリアル結晶学における重原子誘導体を用いた位相決定 (2015)
  • Author(s): 山下 恵太郎、潘 東青、長谷川 和也、菅原 道泰、村井 智洋、小段 篤史、溝端 栄一、鈴木 守、桝田 哲哉、平田 邦生、加藤 博章、吾郷 日出夫、熊坂 崇、山本 雅貴、中津 亨
  • Organizer: 日本結晶学会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
  • Year and Date: 2015-10-17
• [Presentation] 甘味タンパク質の甘味発現機構 (2015)
  • Author(s): 桝田 哲哉、北畠 直文、三上 文三、谷 史人
  • Organizer: 食品酵素化学研究会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチン Asp21 変異体の構造活性相関 (2015)
  • Author(s): 村田 一輝、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • Organizer: 日本食品科学工学会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-08-27
• [Presentation] 高分解能 X 線結晶構造解析による甘味タンパク質ソーマチンと苦味物質の相互作用解析 (2015)
  • Author(s): 大久保 喬平、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • Organizer: 日本食品科学工学会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-08-27
• [Presentation] 甘味タンパク質の甘味発現機構 (2015)
  • Author(s): 桝田 哲哉
  • Organizer: 日本食品科学工学会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-08-27
  • Invited
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチンの連続フェムト秒結晶構造解析 (2015)
  • Author(s): 桝田 哲哉、南後 恵理子、菅原 道泰、鈴木 守、登野 健介、城地 保昌、亀島 敬、Park Jaehyun、Song Changyong、初井 宇記、矢橋 牧名、大久保 喬平、三上 文三、北畠 直文、谷 史人、岩田 想
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] SACLAにおけるシリアルフェムト秒Ｘ線結晶構造解析 (2014)
  • Author(s): 田中 智之、南後 恵理子、菅原 道泰、鈴木 守、桝田 哲哉、山下 鮎美、田中 里枝、登野 健介、城地 保昌、亀島 敬、Jaehyun Park、Changyong Song、初井 宇記、矢橋 牧名、潘 東青、島村 達郎、溝端 栄一、北郷 悠、岩田 想
  • Organizer: 日本結晶学会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-11-01 – 2014-11-03
• [Presentation] 卵白リゾチームの甘味特性 (2014)
  • Author(s): 桝田 哲哉、北畠 直文、谷 史人
  • Organizer: 食品酵素化学研究会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学I-site難波
  • Year and Date: 2014-08-30
  • Invited
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチン Asp21 変異体の構造活性相関 (2014)
  • Author(s): 村田 一輝、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • Organizer: 日本食品科学工学会
  • Place of Presentation: 中村学園大学
  • Year and Date: 2014-08-28 – 2014-08-30
• [Presentation] 非可食部に由来する不溶性多糖類ナノファイバーの物性解析 (2014)
  • Author(s): 二村 健太、阿部 賢太郎、桝田 哲哉、松宮 健太郎、南部 優子、松村 康生、矢野 浩之、谷 史人
  • Organizer: 日本食品科学工学会
  • Place of Presentation: 中村学園大学
  • Year and Date: 2014-08-28 – 2014-08-30
• [Presentation] XFELを用いた創薬ターゲット蛋白質の迅速構造解析法の開発 (2014)
  • Author(s): 南後 恵理子、田中 智之、鈴木 守、桝田 哲哉、山下 鮎美、田中 里枝、登野 健介、城地 保昌、亀島 敬、Jaehyun Park、Changyong Song、初井 宇記、矢橋 牧名、潘 東青、島村 達郎、溝端 栄一、北郷 悠、石谷 隆一郎、湯本 史明、岩田 想、
  • Organizer: 日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: ワークピア横浜
  • Year and Date: 2014-06-27
• [Presentation] Structure-sweetness relationships in the sweet-tasting protein, thaumatin (2014)
  • Author(s): Masuda, T., Sano, A., Murata, K., Ohta, K., and Tani, F.
  • Organizer: Food Structure Functionality Symposium
  • Place of Presentation: Amsterdam, The Netherlands.
  • Year and Date: 2014-04-01
• [Presentation] Structure-sweetness relationships in the sweet-tasting protein, thaumatin (2014)
  • Author(s): Masuda, T., Sano, A., Murata, K., Ohta, K., and Tani, F
  • Organizer: Food Structure and Functionality Forum Symposium
  • Place of Presentation: Amsterdam
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチンの甘味発現機構の解明
  • Author(s): 佐野 文音、村田 一輝、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • Organizer: 日本農芸化学会、関西支部大会
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチンと甘味受容体との応答特性
  • Author(s): 桝田 哲哉、田口 若奈、佐野 文音、太田 圭介、 北畠 直文、 谷 史人
  • Organizer: 日本栄養・食糧学会、近畿支部大会
  • Place of Presentation: 滋賀県立大学
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチンの高分解能構造解析
  • Author(s): 桝田 哲哉、村田 一輝、佐野 文音、三上 文三、北畠 直文、谷 史人
  • Organizer: 甘味タンパク質ソーマチンの高分解能構造解析、日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 県立広島大学
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチンの苦味抑制作用
  • Author(s): 桝田 哲哉、塚原 礼恵、太田 圭介、北畠 直文、谷 史人
  • Organizer: 日本食品科学工学会
  • Place of Presentation: 実践女子大学
• [Book] 化学 (2016)
  • Author(s): 桝田哲哉
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks] 甘味タンパク質の高甘味度化に成功 －低カロリータンパク質性甘味料の更なる有効利用に期待－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2015/160203_1.html
• [Remarks] 甘味タンパク質の高甘味度化に成功 －低カロリータンパク質性甘味料の更なる有効利用に期待－
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2016/160204_2/