糸状菌における多様なセルロース分解酵素の機能と遺伝子発現の解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14360094
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鮫島 正浩 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (30162530)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 五十嵐 圭日子 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助手 (80345181)
• Keywords: セルロース / セロビオース脱水素酵素 / セルラーゼ / 糸状菌 / 担子菌 / β-グルコシダーゼ / Phanerochaete chrysosporium / Grifola frondosa

Research Abstract

糸状菌によるセルロースの生分解機構については古くから研究が行われてきている。しかしながら,セルラーゼとともにセロビオース脱水素酵素が生産されてくること,またセルロースのようにグルコースがβ-1,4-グルコシド結合により直鎖状に重合した単純な構造にも関わらず,これを分解するために非常に多種多様なセルラーゼを糸状菌が有していることなど,セルロース分解におけるそれぞれの酵素の位置づけについては非常に不明な点が多い。本研究では,糸状菌におけるセルロース分解酵素系を生化学的ならびに分子生物学的に正しく体系化と,これらの疑問に答えることを目的としている。また,本研究を企画している過程で,白色木材腐朽菌Phanerochate chrysosporiumの全ゲノム解析が行われた。このようなことから,本研究ではゲノム情報を研究目的にどのように適用していくかも大きな課題としている。
初年度目は,白色木材腐朽菌の生産するセロビオース脱水素酵素とβ-グルコシダーゼ遺伝子をクローニングし,それぞれを異種発現系を用いて大量生産したクローン体酵素を利用してそれぞれの機能を精査した。その結果,本菌におけるセルロース分解においては,菌体外に存在するセロビオース脱水素酵素がセルラーゼ(特にセロビオヒドロラーゼ)と共役的に機能し,一方菌体外に存在するβ-グルコシダーゼはセルロース分解の中では機能していないことを明らかにした。
また,セロビオース脱水素酵素遺伝子の発現挙動をRT-PCR法により調べた結果,その遺伝子はセルロースおよびセロビオースを基質とした場合に特異的に発現しており,一方β-グルコシダーゼの発現挙動はこれとはまったく異なることを明らかにした。
さらに,P.chrysosporiumのゲノム情報を利用することで,4種の異なるセルラーゼ遺伝子をcDNAとしてクローニングすることに成功した。

Research Products

• [Publications] K.Igarashi et al.: "Kinetics of inter-domain electron transfer in flavocytochrome cellobiose dehydrogenase from the white-rot fungus Phanerochaete chrysosponum"Biochemical Journal. 365. 521-526 (2002)
• [Publications] M.Yoshida et al.: "Molecular cloning and characterization of a cDNA encoding cellobiose dehydrogenase from the wood-rotting fungus Grifola frondosa"FEMS Microbiology Letters. 217. 225-230 (2002)
• [Publications] R.Kawai et al.: "Production and characterization of recombinant Phanerochaete chrysosporium β-glucosidase in the Methylotrophic yeast Pichia pastoris"Bioscience Biotechnology and Biochemistry. 67(1). 1-7 (2003)
• [Publications] 鮫島正浩, 五十嵐圭日子: "酸化還元酵素が関与する白色木材腐朽菌のセルロース分解機構"化学と生物. 41(1). 22-26 (2003)