2015 Fiscal Year Annual Research Report
アミノ基修飾型キャリアタンパク質を介した物質変換機構の解明と応用展開
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24228001
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西山 真 東京大学, 生物生産工学研究センター, 教授 (00208240)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富田 武郎 東京大学, 生物生産工学研究センター, 助教 (50447364)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | キャリアタンパク質 / 好熱菌 / 放線菌 / アミノ酸生合成 / 二次代謝産物生合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Thermos thermophilusのリジン生合成酵素群については、昨年度の生合成系後半部に位置する酵素LysZとキャリアタンパク質(AmCP)LysWの複合体構造に続いて、その次の反応を担う酵素LysYとLysW複合体の結晶構造を決定することに成功し、論文として発表した。その構造から、LysWの負電荷がLysYの活性中心を取り巻く正電荷に引き寄せられて相互作用が起こることが証明された。LysZとLysYは連続反応を行うが、LysZによって作られるカルボン酸のリン酸化物は非常に不安定である。今回決定した構造によれば、LysZとLysYはLysWのそれぞれ異なる面で結合することがわかった。従って、これら3種のタンパク質は不安定な反応中間体を保護しながら連続反応を行うためのメタボロンを構成している可能性が考えられた。超好熱性アーキアであるThermococcus kodakarensisのリジン生合成はT. thermophilusと同様に行われるが、その前半部の反応が多機能性があり、酵素的に未分化であることがわかっている。その酵素の1つTK0278について、結晶構造をリジン生合成、ロイシン生合成、TCA回路の基質との複合体で決定すると共に、変異体解析により進化の過程の一端を明らかにしつつある。また、放線菌Streptomyces sp. SANK 60404に見出されたAMCPを介した二次代謝産物生合成によって生合成される化合物の3位の立体化学を精密に分析し、(2S,3R)-diamino-(5R,7)-dihydroxy-heptanoic acid (DADH)であると同定した。それがさらにスルホン酸化された後に最終産物であるバザビタイドAに変換されることを見出しつつある。さらに、新たに見出したタイプIIのAmCPを利用して生合成される化合物の構造を決定しつつある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
対象となる生合成は、これまで知られていないアミノ基に結合するキャリアタンパク質(AmCP)を介して行われるため、参考になる他の研究成果がなく、スムーズな遂行は難しいかと思われたが、基本的に実験は全て予想以上の成果が出ている。好熱菌のアミノ酸生合成関連については、もう既に4種類のタンパク質でAmCPとの複合体の結晶が得られるなど、どれもがハイレベルの成果が出ており、一流雑誌に投稿する際に付加するデータを得るのに少々時間が掛かっている。その一方、放線菌の二次代謝については、機能不明の遺伝子もあり、より難しいことが予想されたが、DADHの生合成までについてはほぼその全容が解明できた。SANK株のDADH以降の生合成についてもスルホン酸化されて進行することが明らかになりつつあり、順調に推移し始めている。また、タイプIIのAmCPについては、Streptomyce griseusから同様な生合成遺伝子クラスターを有するg11株を用いて解析を行い、同遺伝子クラスターによって生合成される産物の構造が決定されつつあり、これも生合成機構に迫りつつあるところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
提案研究は終盤になってきており、特にリジンやアルギニンといったアミノ酸生合成についてはAmCPをどのように認識するかが結晶構造解析で明らかになりつつある。その結果、生合成酵素とAmCPがメタボロンを形成している可能性が浮かび上がってきている。メタボロンはその存在は予想されているものの、タンパク質間の相互作用が弱く、その証明はかなり難しいものになると予想されるが、手がかりを得るよう努力していく。Sulfolobusについては、ようやく遺伝子操作系が動き始めている。これを利用して、遺伝子発現制御に関わるLysMが初発酵素の活性阻害を担う機構の解明に迫りたい。また、放線菌の二次代謝についても順調に推移している。SANK株については、DADHがスルホン酸化されることが見出されてきており、生合成産物であるバザビタイドに含まれるアザビシクロ環形成機構に迫りたい。また、タイプIIのAmCPについて、最終産物の化学構造を確定させると同時に、生合成酵素遺伝子が少ないことから、その全貌を解明すると共に、最終産物の生物活性も明らかにしたい。これまでに行ってきた研究について最終的な詰めを行うと共に、それらの成果を論文として発表していく。
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