2019 Fiscal Year Annual Research Report
Exhaustive analysis for substrate recognition mechanisms of the carbohydrate binding module proteins
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17K00409
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
湯井 敏文 宮崎大学, 工学部, 教授 (50230610)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宇都 卓也 宮崎大学, キャリアマネジメント推進機構, 助教 (60749084)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 分子シミュレーション / ドッキングシミュレーション / キチン / キチナーゼ / セルロース / セルラーゼ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
孤立分子鎖または結晶状態のセルロースやキチン糖鎖基質と可逆的（非触媒的）に結合する糖結合モジュール（CBM）タンパク質を対象とした。CBMは触媒能力を持たないが、触媒ドメインの基質に対するアクセシビリティを向上させる。酵素本体（触媒ドメイン）に基質が活性部位に結合した複合体の場合、結晶構造解析対象となることが多いが、可逆的かつ多様な結合状態が予想されるCBM-糖鎖複合体の結晶構造解析研究例は限られている。本研究は、コンピュータによる分子シミュレーションを手段として、CBMの基質認識機構を明らかにすることを目的とした。
CBMは糖鎖に対する結合様式によって、主に不溶・結晶状態の糖鎖に対してCBM表面が認識する様式（Type A）、CBM表面の浅いクレフト上で孤立糖鎖を認識する様式（Type B）、および糖１～２残基程度の糖鎖部分に対してCBM表面が認識する様式（Type C）に分類される。これらの三つの結合様式に対応する複数のCBMをモデル系として選択し、それらCBMと糖鎖基質の複合体構造モデル群を網羅的に求める。得られた複合体モデル群のシミュレーション計算を実施し、基質認識に関わる熱力学量や立体構造を解析する。さらに、CBM表面に対する糖鎖基質の結合・脱離過程や結合クレフト上の基質移動過程等のより大きな構造変化を伴う基質認識過程を、分子シミュレーション計算によって再現する。以上の知見から、CBMが示す可逆的かつ多様な糖鎖基質認識機構の空間的・時間的な全体像を明らかにする。
一般に、糖加水分解酵素（セルラーゼ、キチナーゼ等）は、CBMを失うと触媒活性を大きく低下する。本研究の成果は、酵素全体の反応機構の理解に貢献することに加え、加水分解活性や基質認識特性を制御する変異CBM設計へと展開することが期待される。
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