Elucidation of biological functions and synthetic machinery of bacterial glucuronic acid-containing glycolipids

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02888
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: OKINO Nozomu 九州大学, 農学研究院, 准教授 (90363324)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 角田 佳充 九州大学, 農学研究院, 教授 (00314360)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 細菌スフィンゴ糖脂質 / 糖転移酵素

Outline of Final Research Achievements

In this study, we focused on bacterial glucuronic acid-containing glycolipids and their synthases. We successfully identified α-glucuronosylceramide synthase (Cer-GlcAT) of Sphingobium yanoikuyae (SyaCer-GlcAT) and α-galactosylceramide synthase of the intestinal bacterium Bacteroides fragilis, as homologs of Cer-GlcAT of Zymomonas mobilis. Furthermore, SyaCer-GlcAT was overexpressed in Escherichia coli, purified, and crystallized to reveal the synthetic machinery of α-glucuronosylceramide. X-ray crystal structure analysis revealed the first-ever 3D structure of Cer-GlcAT. We also determined the structure of three glycolipids synthesized by Pseudomonas aeruginosa under phosphorus deficiency and identified their synthases.

Free Research Field

生化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細菌由来のスフィンゴ糖脂質にはNKT細胞の活性化能があることから、本研究において、細菌由来のα-グルクロノシルセラミドとα-ガラクトシルセラミドの合成酵素遺伝子が特定できた意義は大きい。また、本研究ではα-グルクロノシルセラミド合成酵素のX線結晶構造解析に取り組み、細菌スフィンゴ糖脂質の合成酵素としては初めて、その高次構造解析に成功した。一方、緑膿菌がリン欠乏時に合成するグリセロ型糖脂質に関しても、その合成酵素遺伝子を全て明らかにすることに成功した。これら糖脂質は緑膿菌の薬剤耐性と関わっていることが推定されるので、その阻害剤の開発は緑膿菌に対する新規抗菌剤の開発に繋がる可能性がある。