2021 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic optimization strategy of plant structural unit learning from synthesis and degradation process of woody biomass
| Project Area | Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system |
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| Project/Area Number |
18H05494
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
五十嵐 圭日子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (80345181)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | セルロース / セルラーゼ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生合成（biosynthesis）レベルの実験としては、セロデキストリン加リン酸分解酵素（CDP）の逆反応によるセルロースナノクリスタル（CNC）の生成に対する重力の影響に注目してきた。酵素の不安定化原因となっていた12個のCysをSerに置換したCDPの逆反応を用いたCNCの生産系を用いて、重力による影響を調べるために再度宇宙実験を試みた。得られたセルロースの小角および広角X線散乱などを用いて作成された結晶の解析を行い、微小重力下では反応に用いたキャピラリー中で均一なゲルが生成していることを明らかにし、それらの成果がCellulose誌に掲載され、表紙を飾った。
生分解（biodegradation）に関する実験としては、糸状菌によるキシラン分解の要となっている糖質加水分解酵素（GH）ファミリー3のキシロシダーゼに関して、担子菌Phanerochaete chrysosporiumおよび子嚢菌Trichoderma reesei由来の酵素の構造解析を行い、P. chrysosporium由来の酵素が2糖を得意とするのに対して、T. reesei由来の酵素が3糖以上のオリゴ糖に対して反応性が高い理由が、N末端のループに依存することを明らかにし、さらにキノコとカビではその違いに基づいて保有する上流のキシラナーゼ遺伝子の数が変動していることも明らかにした。それらの結果をJBC誌およびJ. Appl. Glycosci.誌に受理された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
微小重力下での酵素合成に成功したセルロースを解析したところ、非常に均一なゲルであり、その結果をCellulose誌に投稿できたこと、さらにCellulose誌の表紙に選ばれたことは当初の計画以上の成果であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
生合成（biosynthesis）レベルの実験としては、これまでにセルロース合成に用いてきたセロデキストリン加リン酸分解酵素（CDP）のタンパク質立体構造をクライオ電子顕微鏡解析によって明らかにし、セルロース鎖が蓄積していく様子を高速AFMと周波数変調AFMにより評価する予定である。
生分解（biodegradation）に関する実験としては、木材腐朽菌Phanerochaete chrysosporium由来の溶解性多糖モノオキシゲナーゼ（LPMO）によるセルラーゼ（Cel6A、Cel7D）活性の促進メカニズムを、生化学的解析、高速原子間力顕微鏡による生物物理学的解析、および分子動力学的シミュレーションによる計算科学的解析によって明らかにする予定である。
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[Journal Article] Acetylated xylan degradation by glycoside hydrolase family 10 and 11 xylanases from the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium2022
Author(s)
Kojima, J., Sunagawa, N., Yoshimi, Y., Tryfona, T., Samejima, M., Dupree, P., and Igarashi, K.
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Journal Title
J. Appl. Glycosci.
Volume: 69
Pages: 35-43
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Comparison of glycoside hydrolase family 3 β-xylosidases from basidiomycetes and ascomycetes reveals evolutionarily distinct xylan degradation systems2022
Author(s)
Kojima, K., Sunagawa, N., Mikkelsen, N. E., Hansson, H., Karkehabadi, S., Samejima, M., Sandgren, M., & Igarashi, K.
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Journal Title
J. Biol. Chem.
Volume: 298
Pages: 101670
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Glucomannan and beta-glucan degradation by Mytilus edulis Cel45A: Crystal structure and activity comparison with GH45 subfamily A, B and C.2022
Author(s)
Okmane, L., Nestor, G., Jakobsson, E., Xu, B., Igarashi, K., Sandgren, M., Kleywegt, G. J., and Stahlberg, J.
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Journal Title
Carbohydrates. Polymer
Volume: 277
Pages: 118771
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Enhanced self-assembly and mechanical properties of cellulose-based triblock copolymers: comparisons with amylose-based triblock copolymers2021
Author(s)
Katsuhara, S., Takagi, Y., Sunagawa, N., Igarashi, K., Yamamoto, T., Tajima, K., Isono, T., and Satoh, T.
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Journal Title
ACS Sustain. Chem. Eng.
Volume: 9
Pages: 9779-9788
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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