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2013 Fiscal Year Research-status Report

微生物酵素の耐圧性に関わる構造的因子の解明

Research Project

Project/Area Number 25450121
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionJapan Agency for Marine-Earth Science and Technology

Principal Investigator

加藤 千明  独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋・極限環境生物圏領域, シニアスタッフ (90360750)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords深海適応 / 好圧性細菌 / 圧力 / イソプロプルリンゴ酸脱水素酵素
Research Abstract

マリアナ海溝,深度約11,000mの海底サンプルから分離された絶対好圧性細菌、Shewanella benthica DB21 MT-2の生産する、イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素(IPMDH、ロイシン生合成系の必須酵素)を精製し、陸上環境由来の近縁菌である、Shewanella oneidensis MR-1のIPMDHと比較した。その結果、好圧菌酵素は、常圧菌酵素と比較して、顕著に高い耐圧性があることが明らかとなった。そこで、こうした、好圧菌酵素の高い圧力耐性は、いかなる構造に起因するのか検討を行った。
好圧菌IPMDHと常圧菌IPMDHは、それぞれ精製後結晶化し、新規に開発された高圧X線結晶構造解析装置により、大気圧下と加圧下との構造の変化を解析した。その結果、IPMDHの活性中心の裏側に位置する部分に、常圧菌酵素では、加圧条件下で3つの水分子が入り込むのに対し、好圧菌酵素ではそうしたことがなかった。このことから、加圧による水分子のこの部位への挿入の有無が、本酵素の耐圧性に密接に関わっていると推定された。ちなみにこの部位のアミノ酸は常圧菌酵素が親水性アミノ酸のSer266であるのに対し、好圧菌酵素ではこれが疎水性アミノ酸のAla266であった。
そこで、常圧菌酵素のこの部位のアミノ酸をSer266→Ala266へと変換した変異酵素(S266A)を作り、その加圧下での活性を測定したところ、この1アミノ酸変異で常圧菌酵素が好圧菌酵素と変わらない耐圧性を持つことが示された。
以上の結果から、好圧菌酵素は常圧菌酵素と比較して、わずか1アミノ酸の違いで加圧下に適応する構造を取り得ることが示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では、変異体酵素の作成と加圧下での活性測定、そして結晶化条件の検討まで行う予定であったが、研究の進捗が順調であったため、高圧X線結晶構造解析まで進むことができた。

Strategy for Future Research Activity

今後は、得られた変異体酵素を用いて、更に、加圧下での活性の安定性と構造との相関に関して、検討を進める。更に、好熱菌酵素における加圧下での活性と構造との相関性を確認し、同酵素の構造における圧力耐性のメカニズムについて、総合的な知見を得ることを目指す。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

所属する研究機関に、実験に必要な消耗品との相同品が大量に保管されており、予定していた消耗品の発注の必要がなくなったため。
本研究の成果に関して、追加で、国際学会での発表を行うための経費とした。

  • Research Products

    (9 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Pressure Effects on the Chimeric 3-Isopropyl Malate Dehydrogenases of the Deep-Sea Piezophilic Shewanella benthica and the Atmospheric Pressure Adapted Shewanella oneidensis.2014

    • Author(s)
      Hamajima, Y., Nagae, T., Watanabe, N., Yamada, Y., Imai, T. and Kato, C.
    • Journal Title

      Biosci. Biotechnol. Biochem.

      Volume: 78 Pages: in press

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 深海由来好冷圧性細菌のイソプロピルリンゴ酸脱水素酵の耐圧性2013

    • Author(s)
      濱島裕輝、永江峰幸、渡邉信久、牧野龍、今井竹夫、山田康之、加藤千明
    • Organizer
      第18回生物関連高圧研究会シンポジウム
    • Place of Presentation
      岐阜大学、岐阜市
    • Year and Date
      20130905-20130906
  • [Presentation] 高圧下結晶構造解析法による深海好圧菌由来3-イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の圧力適応機構の解明2013

    • Author(s)
      永江峰幸、濱島裕輝、河村高志、丹羽健、長谷川正、加藤千明、渡邉信久
    • Organizer
      第18回生物関連高圧研究会シンポジウム
    • Place of Presentation
      岐阜大学、岐阜市
    • Year and Date
      20130905-20130906
  • [Presentation] 深海に生息する好圧性微生物における酵素の高水圧環境下への適応戦略と環境問題への応用

    • Author(s)
      加藤千明
    • Organizer
      日本農芸化学会・関東支部例会
    • Place of Presentation
      東京農業大学、東京都世田谷区
    • Invited
  • [Presentation] 深海由来好冷圧性細菌のイソプロピルリンゴ酸脱水素酵の耐圧性の解明

    • Author(s)
      濱島裕輝、永江峰幸、渡邉信久、牧野龍、今井竹夫、山田康之、加藤千明
    • Organizer
      第15回マリンバイオテクノロジー学会大会
    • Place of Presentation
      沖縄県市町村自治会館
  • [Presentation] 深海由来好冷圧性細菌のイソプロピルリンゴ酸脱水素酵の耐圧性は1アミノ酸に起因する

    • Author(s)
      濱島裕輝、永江峰幸、渡邉信久、牧野龍、今井竹夫、山田康之、加藤千明
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、横浜市
  • [Presentation] 特殊環境微生物のイソプロピルリンゴ酸脱水素酵の耐圧性について

    • Author(s)
      濱島裕輝、永江峰幸、渡邉信久、牧野龍、今井竹夫、山田康之、加藤千明
    • Organizer
      特殊環境微生物セミナー2013
    • Place of Presentation
      広島大学、東広島市
  • [Presentation] 高圧下結晶構造解析法による深海好圧菌由来IPMDHの耐圧機構の解明

    • Author(s)
      永江峰幸、濱島裕輝、河村高志、丹羽健、長谷川正、加藤千明、渡邉信久
    • Organizer
      特殊環境微生物セミナー2013
    • Place of Presentation
      広島大学、東広島市
  • [Presentation] 深海由来好冷好圧性細菌のイソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の高圧適応

    • Author(s)
      濱島裕輝、永江峰幸、渡邉信久、牧野龍、今井竹夫、山田康之、加藤千明
    • Organizer
      第14回極限環境生物学会年会
    • Place of Presentation
      明治大学、川崎市

URL: 

Published: 2015-05-28  

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