2014 Fiscal Year Research-status Report
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25450121
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
加藤 千明 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋生物多様性研究分野, シニアスタッフ (90360750)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 圧力 / 深海微生物 / 酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究結果から、常圧菌Shewanella oneidensisのイソプロピルリンゴ酸脱水素酵素（以下IPMDH）において、その活性中心の裏側に存在する266番目のアミノ酸、セリンを絶対好圧菌Shewanella benthica DB21MT-2由来のIPMDHの266番目のアミノ酸、アラニンに変換したところ、顕著にその耐圧性が向上し、深海酵素型と同様となったことが示された。そこで、今度は、逆に絶対好圧菌IPMDHにおいて、266番目のアミノ酸を常圧菌由来酵素と同じセリンに変換した。その結果、その変異酵素活性の耐圧性が減少し、ほぼ常圧性酵素と同じレベルとなった。これらの実験から、活性中心の裏側に存在する266番目のアミノ酸の性質が、これらの酵素の耐圧性に極めて深く関与していることが明らかとなった。ダイアモンドアンビルセルを用いた高圧X線結晶解析の結果、IPMDHの266番目のアミノ酸がセリンの場合には、加圧によりこの部分に3つの水分子の挿入が見られたが、アラニンの場合にはそうした加圧による水分子の挿入は確認されなかった。これらの結果から、深海酵素の耐圧性は、この部分への水分子の挿入のしやすさが関与している可能性が示唆された。以上の結果から、常圧菌酵素における圧力感受性活性モデルを提唱した。すなわち、酵素と基質の複合体が形成され活性中心が開く"オープン構造"から、反応が終了して基質から生産物になった化合物を排出するために活性中心が閉じる"クローズ構造"となるときに、加圧により挿入された水分子がスタックして、生成物の排出が阻害されるというモデルである。深海性酵素の場合は、水分子のスタックがないため、加圧状態でも問題なく生産物が排出される。
これらの成果は、ロシアで行われた第10回極限環境生物国際会議、フランスで開催された第4回国際深海微生物シンポジウム等で発表した。
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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
高圧結晶構造解析のデータと、in vitroでの変異酵素の活性測定とが一致し、266番目のアミノ酸の変異による水分子の挿入のしやすさと圧力耐性との相関について議論を完結することができた。本成果については、現在生化学系の国際ジャーナルに投稿中で、審査待ちの状態である。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度が、最終年度となるので、論文の採択をめざし、論文投稿、各種学会での発表等を積極的に行っていく。また、好熱菌の同酵素においても、シングルアミノ酸変異によってその耐圧性に変が生じるのか検討し、こうした耐圧性のメカニズムが一般則として言えるかどうか、検討を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
消耗品等の経費がラボ備品等で補えたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は最終年度となるので、本プロジェクトの成果公表のための論文投稿に関わる経費、すなわち英文校閲、投稿料等に充てる。
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[Journal Article] Pressure effects on the chimeric 3-isopropylmalate dehydrogenases of the deep-sea piezophilic Shewanella benthica and the atmospheric pressure-adapted Shewanella oneidensis2014
Author(s)
Hamajima, Y., Nagae, T., Watanabe, N., Kato-Yamada, Y., Imai, T., Kato, C.
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Journal Title
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
Volume: 78
Pages: 469-471
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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