2020 Fiscal Year Annual Research Report
Control of polymer structure by enzyme: structure-function relationship of cellulose synthase
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19H00950
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今井 友也 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (90509142)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田島 健次 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00271643)
姚 閔 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (40311518)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | セルロース合成酵素 / セルロース / 酢酸菌 / 複合体タンパク質精製 / ターミナルコンプレックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酢酸菌をセルロース生合成研究のモデル生物として選択し，そのセルロース合成酵素複合体の全容解明へ向けた研究を行った。酢酸菌ではCesA，CesB，CesC，CesDの4タンパク質が複合体を形成している。これらのタンパク質複合体の精製を進めるべく，大腸菌へこれらの遺伝子を導入した形質転換体およびもとの酢酸菌に遺伝子操作を行いタグ付きセルロース合成酵素を発現する形質転換体を用いて実験を行った。
タンパク質精製は，①機能上最小構成のCesAB複合体，②CesABに，CesCとCesDを加えたCesABCD複合体，③CesCタンパク質のC末の膜貫通部分およびTPR領域の部分的構造・機能解析を行った。いずれも一定の進行が見られたが，構造機能解析に供することができる品質には至っておらず，引き続きタンパク質精製条件の検討が必要な状況である。
また大腸菌にフル複合体を再構成するするべく，CesABCDの4遺伝子に加えてその前後に存在する遺伝子も導入した大腸菌形質転換体を作出した。今後，本大腸菌形質転換体の作るセルロースの詳細を調査する予定である。
酢酸菌のセルロース合成酵素複合体は，細胞では細胞膜上に直線状に並んでいる。このターミナルコンプレックス（TC）と呼ばれる超分子構造は，何らかの積極的な機構で直線上に並ぶと考えられるが，その責任因子に関する情報は少ない。そこでTC形成メカニズム解明を行うためにランダム変異導入実験を開始した。TC形成不全を起こした株の単離とそのゲノム解析を行い，候補遺伝子を複数選定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
タンパク質精製についてはまだ精製条件の確立までは至っておらず，その点で進捗はやや遅れている。一方で，TC形成の責任遺伝子同定に関しては候補遺伝子の選定まではたどり着いており，今後はその機能解析を行うことが可能な状況に来ており，この点についてはおおむね順調に来ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き酢酸菌を使ってセルロース合成酵素複合体の全容解明を行う。機能解析は精製タンパク質の試験管内再構成および形質転換体を使った合成生物学的アプローチで行う。構造解析については，フル複合体だけでなく，部分構造の解析も進める。特に大腸菌発現系を使ってCesABCD複合体に関する生化学的な解析に注力する。また酵素複合体の直線配置（TC）の責任因子同定については，ランダム変異導入実験の結果得られた候補配列の機能解析を，主に酢酸菌形質転換体を使って進める。
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