原始生命におけるエネルギー通貨産生システムの再現

• Project Area: Hadean Bioscience
• Project/Area Number: 17H05242
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research (2018); Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (2017)
• Principal Investigator: 千葉 洋子 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (70638981)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 代謝エネルギー / 高エネルギーリン酸結合 / 分子進化 / 代謝 / エネルギー / タンパク質の熱安定性 / 生命の起源 / エネルギー代謝

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、前年度得られた、目的の反応を触媒可能な既存の酵素よりも短いタンパク質群をベースにさらに短いペプチド群を作ることを目指したが、目的のものを作ることはできなかった。そこで昨年度までのポジティブな実験結果を中心に投稿論文を執筆し、現在Acceptされたところである。
また、今年度はエネルギー通貨の進化を理解するという大きな目的に対して、当初の研究計画から少し視点をずらして以下の研究を行い、大きな成果を得た。すなわちATPがエネルギー通貨として確立する以前にATPよりも構造的にシンプルなピロリン酸（PPi）がエネルギー通貨（の１つ）として働いていたという仮説のもと、現存のPPi依存的酵素が同じ機能を有するATP依存的酵素の進化的関係を明らかにすることを試みた。ATP型phosphoenolpyruvate carboxykinaseとPPi型のそれは、アミノ酸配列上は明確な類似性が認められない、すなわちそれぞれ独立して誕生したことが示唆されていた。しかし、我々はPPi型のタンパク質立体構造を明らかにし、立体構造ベースでATP型のそれと比較することを可能にしたところ、両者に進化的なつながりがあることが明らかになった。phosphofructokinaseの場合ATP型からPPi型が派生したことがアミノ酸配列を用いた系統関係から既に示唆されている。一方でphosphoenolpyruvate carboxykinaseの場合は両者が進化的根の深いところでつながっており、我々の遠い祖先に既にATP型とPPi型があったこと、すなわち太古の生物にもPPi利用酵素が存在したことが示唆された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Fragmentation of acetate-CoA ligase gives a clue to understand domain rearrangement history of NDP-forming acyl-CoA synthetase superfamily proteins (2020)
  • Author(s): Chiba Yoko、Mariko Shitara、Takai Ken
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 未定 Issue: 10 Pages: 2045-2053
  • DOI: 10.1080/09168451.2020.1779581
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural comparisons of phosphoenolpyruvate carboxykinases reveal the evolutionary trajectories of these phosphodiester energy conversion enzymes (2019)
  • Author(s): Chiba Y, Miyakawa T, Shimane Y, Takai K, Tanokura M, Nozaki T
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 294 Issue: 50 Pages: 19269-19278
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.010920
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discovery and analysis of a novel type of the serine biosynthetic enzyme phosphoserine phosphatase in Thermus thermophilus (2018)
  • Author(s): Chiba Yoko、Yoshida Ayako、Shimamura Shigeru、Kameya Masafumi、Tomita Takeo、Nishiyama Makoto、Takai Ken
  • Journal Title: The FEBS Journal Volume: 286 Issue: 4 Pages: 726-736
  • DOI: 10.1111/febs.14703
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ピロリン酸型ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼの立体構造解析 (2019)
  • Author(s): 千葉 洋子、宮川 拓也、嶋根 康弘、田之倉 優
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] 原始生命におけるエネルギー通貨産生システムの再現－ペプチド触媒の探索 (2018)
  • Author(s): 千葉洋子、設樂真莉子
  • Organizer: 日本進化学会第20回大会
  • Invited
• [Remarks] タンパク質の構造解析からエネルギー通貨の進化の痕跡を探る
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/sugar/j/research/20191210/