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生命の誕生に必要となるアミノ酸情報量の実験による検証

Publicly Offered Research

Project AreaHadean Bioscience
Project/Area Number 15H01068
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

赤沼 哲史  早稲田大学, 人間科学学術院, 准教授 (10321720)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2015: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Keywords進化
Outline of Annual Research Achievements

前年度までに再構成した、触媒活性を保持した安定なアミノ酸組成単純化型改変体とは異なる13アミノ酸種から合成したNDK、12アミノ酸種から合成したいくつかのNDKを再構成した。新たに再構成した改変体のいくつかは、60~70℃まで安定であったが、触媒活性が検出できなかった。
次に、化学進化実験、隕石中のアミノ酸の分析から提案されてきた、初期地球環境に比較的豊富に存在したと推定されているアミノ酸と、活性と安定性を保持したNDKの合成に必要な少数アミノ酸種を比較した。その結果、活性を保持した2種類のアミノ酸組成単純化型NDKに共通して含まれる11アミノ酸種のうちの8種類が、非生物的に合成されやすいアミノ酸、または、隕石中から発見されたアミノ酸と一致した。
1アミノ酸種を完全に欠損させた、19アミノ酸種から構成されたTrpF改変体の遺伝子を用いてTrpF欠損大腸菌の栄養要求性の相補実験をおこなった。その結果、20種類のアミノ酸のうちのAla, Gly, Ile, Lys, Pro, Valのいずれかを欠損させると、TrpF欠損大腸菌のトリプトファン要求性を相補できず、活性を持ったTrpFを合成できないことが示された。この6アミノ酸種は、Lysを除いてMillerによる非生物的有機物合成実験で合成が確認され、さらに、隕石中からも発見されたアミノ酸と一致した。この結果も、初期地球に存在したと推定されるアミノ酸が、機能を持ったタンパク質の合成に重要であることを示した。また、今後の研究において、コンビナトリアル進化工学により、非生物的に合成されやすいか、あるいは、隕石中から見つかっている、原始地球環境に相対的に多く存在したと予想されるアミノ酸だけから活性を保持したTrpFを再構成するため、TrpFの発現に用いるベクターの選定、タグの選定とタグを付加する位置の検討をおこなった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Book (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Thermophilicity of early life revealed by comparing extant genomes2016

    • Author(s)
      赤沼哲史
    • Journal Title

      Chikyukagaku

      Volume: 50 Issue: 3 Pages: 199-210

    • DOI

      10.14934/chikyukagaku.50.199

    • NAID

      130005267127

    • ISSN
      0386-4073, 2188-5923
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 全生物の最後の共通祖先コモノート、全生物の最後の共通祖先コモノート2016

    • Author(s)
      赤沼哲史
    • Journal Title

      細胞工学

      Volume: 35 Pages: 124-128

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Robustness of predictions of extremely thermally stable proteins in ancient organisms2015

    • Author(s)
      Akanuma S, Yokobori S, Nakajima Y, Bessho M, Yamagishi A
    • Journal Title

      Evolution

      Volume: 69 Issue: 11 Pages: 2954-2962

    • DOI

      10.1111/evo.12779

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Thermophilicity of early life inferred by the resurrection of ancient proteins2016

    • Author(s)
      Akanuma S
    • Organizer
      Search for Life: From Early Earth to Exoplanets
    • Place of Presentation
      Quy Nhon, Vietnam
    • Year and Date
      2016-12-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] How many amino acid alphabets were used for primitive proteins?- Elucidation of the smallest amino acid sets for synthesis of stable and active proteins2016

    • Author(s)
      Sasamoto T, Shimada M, Yamagishi A, Akanuma S
    • Organizer
      Search for Life: From Early Earth to Exoplanets
    • Place of Presentation
      Quy Nhon, Vietnam
    • Year and Date
      2016-12-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 祖先型ヌクレオシド二リン酸キナーゼを用いた初期タンパク質にあり得た少数アミノ酸組成の検証2016

    • Author(s)
      笹本峻弘、島田真実、山岸 明彦、赤沼 哲史
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-11-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Ancestral sequence reconstruction to learn about the environment of early life2016

    • Author(s)
      Akanuma S
    • Organizer
      Extremophiles2016
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-09-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental evidence for thermophilic ancestral life2016

    • Author(s)
      Akanuma S
    • Organizer
      日本進化学会第18回大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-08-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental evidence for the existence of thermally stable proteins in early life2016

    • Author(s)
      Akanuma S
    • Organizer
      30th Annual Meeting of Protein Society
    • Place of Presentation
      Baltimore, MD
    • Year and Date
      2016-07-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 安定で活性を持つタンパク質に必要な最少のアミノ酸種類の解明2016

    • Author(s)
      笹本峻弘、島田真実、山岸 明彦、赤沼 哲史
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2016-06-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 13アミノ酸種のみから構成された祖先型ヌクレオシド二リン酸キナーゼの解析2016

    • Author(s)
      笹本峻弘、島田真実、山岸明彦、赤沼哲史
    • Organizer
      生命の起原および進化学会第41回学術講演会
    • Place of Presentation
      鳴門
    • Year and Date
      2016-03-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 現存生物の相同遺伝子の比較から古代タンパク質、生物、環境を探る2016

    • Author(s)
      赤沼哲史、横堀伸一、笹本峻弘、別所瑞萌、山岸明彦
    • Organizer
      生命の起原および進化学会第41回学術講演会
    • Place of Presentation
      鳴門
    • Year and Date
      2016-03-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 宇宙におけるタンパク質を構成するアミノ酸の種類の可能性2015

    • Author(s)
      赤沼哲史
    • Organizer
      BMB2015
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2015-12-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Reverification of the thermophilicity of ancient life2015

    • Author(s)
      Akanuma S, Bessho M, Sasamoto T, Yokobori S, Yamagishi A
    • Organizer
      第8回アストロバイオロジーワークショップ
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2015-11-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 18アミノ酸種でつくられたヌクレオシド二リン酸キナーゼの安定性と触媒活性2015

    • Author(s)
      赤沼哲史
    • Organizer
      第67回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      鹿児島
    • Year and Date
      2015-10-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 始生代遺伝子の復元と解析による始生代生物と地球環境の推定2015

    • Author(s)
      赤沼哲史
    • Organizer
      青山学院大学CATプロジェクトシンポジウム
    • Place of Presentation
      相模原
    • Year and Date
      2015-09-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] タンパク質に必要な最少アミノ酸レパートリーの実験的検証2015

    • Author(s)
      赤沼哲史
    • Organizer
      第17回日本進化学会大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2015-08-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Essential and non-essential amino acid species for an ancestral protein2015

    • Author(s)
      Akanuma S
    • Organizer
      The 29th Annual Meeting of Protein Society
    • Place of Presentation
      バルセロナ
    • Year and Date
      2015-07-22
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] A Strategy for designing thermostable enzymes by reconstructing ancestral sequences possessed by ancient life. In: Biotechnology of Extremophiles: Advances and Challenges2016

    • Author(s)
      Akanuma S, Yamagishi A
    • Total Pages
      16
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Book] Ancestral reconstruction of enzymes. In: Understanding enzymes; Function, Design, Engineering and Analysis2016

    • Author(s)
      Akanuma S, Yamagishi A
    • Total Pages
      21
    • Publisher
      Pan Stanford
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] 人間の祖先は高温を好む? 共通祖先生物の性質の判明に前進

    • URL

      http://www.waseda.jp/top/news/39606

    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2018-03-28  

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