Ancestral enzyme reconstruction to identify the evolutionary origin of the TCA cycle to be a carbon fixation pathway.

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K15166
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kameya Masafumi 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (80748517)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: TCA回路 / 祖先型酵素 / 代謝進化 / 炭酸固定

Outline of Final Research Achievements

Protein sequences of three ancestral enzymes were deduces by using those of extant enzymes that catalyzes two analogous reactions in the rTCA cycle. Genes encoding the ancestral enzymes were introduce to Escherichia coli and successfully expressed. The purified enzymes catalyzed the expected two reactions. This is the first experimental result that support author's hypothesis that the TCA cycle and the extant rTCA cycle evolved from a primitive rTCA cycle consisting of fewer number of enzymes.

Free Research Field

代謝進化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

TCA回路（別名クエン酸回路、Krebs回路）は、多くの生物の炭素代謝・エネルギー代謝の中心で働き、もっともよく知られた代謝経路と言える。しかし、本代謝系がどのようにして成立したか、その進化的起源は明らかでなかった。本研究では、TCA回路を逆回しにした炭酸固定代謝（rTCA回路）に着目し、TCA回路がrTCA回路から進化したという説を提唱すると共に、単純な酵素構成の系からより複雑で高活性な系への代謝進化という新たなモデルが示された。