2017 Fiscal Year Research-status Report
Molecular evolution of tryptophan degrading enzymes.
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17K07514
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
湯浅 創 高知大学, 教育研究部自然科学系理学部門, 准教授 (40322797)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | トリプトファン分解酵素 / 比較生化学 / 分子進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は新規に開発した「祖先型配列のキメラ酵素解析への応用」により，各々のIDO 系統で，いつ，どのような（アミノ酸）置換により機能転換が起きたのかを具体的に同定する。最終的に，IDO 遺伝子ファミリー全体に対して，その分子進化の過程と生理機能の変遷の完全解明を目指すものである。
本年度は，繊毛虫の1 種であるBlepharisma stoltei の4 つのIDO 遺伝子（IDO-I～IV）に対して，IDO-Iと祖先型IDO-I/IV，IDO-IIIと祖先型IDO-II/IIIとのキメラ酵素シリーズの解析により，Blepharisma IDO-Iの5-ヒドロキシトリプトファン（5-HTP）への特異性は131番目のAsn，IDO-IIIのL-Trpに対する高い親和性は132番目のGluに起因することを突き止めた。これらの残基は同一位置にアラインメントされ，Blepharisma IDOsにおける基質特異性は，これらの残基がほぼ決定していることが示唆された。特に他種繊毛虫のIDOにおいても，SDR対応残基をAsnにすることにより5-HTPへの活性が獲得されたことは，上記の解釈を支持する。2016年にヒトIDO1において，L-Trpに対する高い基質親和性は，ヘムポケットに隣接する短いα-ヘリックス（helix-F）上に位置するTyr126に起因することを報告しているが（Yuasa H.J. 2016 FEBS J. 283, 3651-3661），Blepharisma IDOsのSDRはアラインメント上でヒトIDO1のTyr126と4残基離れていた。これはほぼヘリックス1巻きに相当し，ヒトIDO1のTyr126と同様に，SDR残基はヘムに面していることが示唆される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
キメラ酵素シリーズの解析により，Blepharisma IDO-Iの5-HTPへの特異性は131番目のAsn，IDO-IIIのL-Trpに対する高い親和性は132番目のGluに起因することを突き止めた。これらの残基は同一位置にアラインメントされ，Blepharisma IDOsにおける基質認識は，ほぼこの1残基（基質決定残基（SDR: Substrate Determining Residue）で決定されることを明らかにした。また，5-HTP 分解活性をほとんど示さないBlepharisma IDO-IVやStentor（ラッパムシ）IDO-I においても，SDRをAsnに置換すると5-HTP分解能が生じることを示した。以上の結果は Archives of Biochemistry and Biophysics 誌に受理され，2018年 2月15日号（vol 640, 1-9）に掲載されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
脊椎動物IDO1に高い基質親和性をもたらす遠位Tyrと繊毛虫IDOのSRDはアラインメント上で4残基分離れてはいるが，共にhelix-F上に位置していた。無脊椎動物IDOのおいてもhelix-F上の残基が基質認識に影響を与えている可能性が高い。本年度は，RNA-seqデータを利用できる複数の無脊椎動物IDOに関して網羅的に解析を行う。合わせてTDOに関しても解析を行い，パラメータの比較から「分子進化におけるIDO/TDOの被選択機構」に関しても考察してみたい。
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| Causes of Carryover |
残額は比較的少額であり，無理に消費するよりは，次年度以降の物品購入費用に充てる方が建設的であると判断した。
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