イソプレン鎖延長酵素の触媒機能発現機構

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09480138
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 古山 種俊 東北大学, 反応化学研究所, 教授 (20089808)
• Keywords: プレニルトランスフェラーゼ / イソプレン鎖延長 / イソプレノイド / ファルネシル二リン酸 / ポリプレノール / プレニル二リン酸 / 生合成 / 遺伝子クローニング

Research Abstract

1)ファルネシル二リン酸(FPP)合成酵素の部位特異的変異体やキメラ体酵素作製による、一次構造と触媒機能との相関の解析:好熱性細菌Bacillus stearothermophilusのFPP合成酵素遺伝子に部位特異的変異導入を行い、プレニルトランスフェラーゼによく保存されている7つの保存領域の内、領域IIIおよびIVについて解析した結果、これらの領域に保存されているAspは、基質の結合に重要で、特に領域IVに関しては生成物の鎖延長停止機構にも影響を与える部位であることが分かった。また、C_<35>のヘプタプレニル二リン酸(HepPP)合成酵素とのキメラ体を作製し、不完全ながらプレニルトランスフェラーゼ活性を示すものが得られた。
2)HepPP合成酵素のヘテロ二量体構造と触媒機能発現機構の解析:枯草菌Bacillus subtilisのHepPP合成酵素は2つの解離性サブユニットより成る特異な二量体構造を持つ。この2つのサブユニットの会合と触媒機能発現機構の解明を行った。2つのサブユニットは基質FPPが存在すると触媒活性を持つ複合体を形成し、これにイソペンテニル二リン酸(IPP)が加わることで反応が進行し、水溶性の基質から疎水性に富むHepPPを効率よく合成自らは解離することで、反応のターンオーバー維持がなされていることが分かった。
3)ウンデカプレニル二リン酸(UPP)合成酵素遺伝子のクローニングと大量産生系の構築:Z型イソプレン鎖延長酵素としては初めての例として、Micrococcus Iuteus B-P 26のUPP合成酵素遺伝子のクローニングに成功し、大腸菌内での大量産生系の構築、大量精製法の確立を行った。その一次構造はE型鎖延長酵素に特徴的な保存領域が全く無い新規なものであることが判ったので、結晶構造解析による立体構造の解明が持たれる。

Research Products

• [Publications] Y.W.Zhang: "Two Cistrons of the gerC Operon of Bacillus subtilis Encode the Two Subunits of Heptaprenyl Diphosphate Synthase" J.Bacteriol.179・4. 1417-1419 (1997)
• [Publications] A.Koike-Takeshita: "Identification of a Novel Gene Cluster Participating in Menaquinone (Vitamin K_2) Biosynthesis. Cloning and Sequence Determination of the 2-Heptaprenyl-1,4-naphthoquinone Methyltransferase Gene of Bacillus stearothermophilus" J.Biol.Chem.272・19. 12380-12383 (1997)
• [Publications] M.Nagaki: "An Artificial Substrate for the Thermostable Famesyl Diphosphate Synthasefrom Bacillus stearothermophilus" Chem.Lett.6. 497-498 (1997)
• [Publications] J.Tangpakdee: "Isopentenyl Diphosphate Isomerase and Prenyl Transferase Activities in Bottom Fraction and C-Serum from Hevea Latex" Phytochemistry. 45・2. 261-267 (1997)
• [Publications] J.Tangpakdee: "Rubber Formation by Fresh Bottom Fraction of Hevea Latex" Phytochemistry. 45・2. 269-274 (1997)
• [Publications] J.Tangpakdee: "Structure of in vitro Synthesized Rubber from Fresh Bottom Fraction of Hevea Latex" Phytochemistry. 45・2. 275-281 (1997)
• [Publications] N.Ohya: "Isopentenyl Pyrophosphate Isomerase Activity in Lactarius Masgrooms" Phytochemistry. 46・6. 1115-1118 (1997)
• [Publications] D.M.Marecak: "Benzoylphenoxy Analogs of Isoprenoid Diphosphates as Photoactivatable Substrates for Bacterial Prenyltransferases" Bioorg.Med.Chem.Lett.7・15. 1973-1978 (1997)
• [Publications] N.Shimizu: "Molecular Cloning,Expression,and Characterization of the Genes Encoding the Two Essential Protein Components of Micrococcus luteus B-P 26 Hexaprenyl Diphosphate Synthase" J.Bacteriol.180・6(印刷中). (1998)
• [Publications] K.Ogura: "Dynamic Aspects of Natural Products Chemistry" Kodansha Scientific,K.Ogura and U.Sankawa ed., 1-23 (1997)
• [Publications] K.Ogura: "Subcellular Biochemistry,Vol.28,Cholesterol : Its Functions and Metabolism in Biology and Medicine" Plenum Publishing Company,J.R.Harris ed., 57-87 (1997)
• [Publications] T.Koyama: "Comprehensive Natural Product Chemistry" Elsevier Science Ltd.,Oxford,D.Barton and K.Nakanishi ed.(印刷中), (1998)