甘味タンパク質の構造と呈味発現、苦味抑制機構の解析

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25450167
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 桝田 哲哉 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (80311744)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: thaumatin / sweet taste / bitter taste / X-ray crystallography / XFEL / atomic resolution / room temperature / radiation damage

Outline of Annual Research Achievements

甘味タンパク質は低分子甘味物質とは異なる様式 (Wedge Model)で甘味受容体と相互作用すると報告されていたが、ソーマチンの場合は構造活性相関の情報が少なく、モデル構築による解析が進まなかった。今回新たに酸性アミノ酸残基に点変異を導入することで甘味度が強化することに成功した。この知見を踏まえWedge Modelを使い精度よくソーマチンと甘味受容体の相互作用予測が可能となった。ソーマチンの高甘味度化は甘味受容体との接触領域を増加させた結果もたらされる可能性を示唆した。またモデルから得られた相互作用部位の結果は、これまでの部位特異的変異体の甘味評価の結果とよく相関していた。高分子である甘味タンパク質と受容体タンパク質との相互作用に係る知見は、食品分野で受諾性のある新規低カロリー甘味料の創生、食品開発に応用利用できるだけでなく、受容体をターゲットとする医薬品分野にも新たな知見を与えるものと考えられる。また本基盤研究に於いて、ソーマチンIIの0.99Åでの高分解能構造解析に成功したのを始め、甘味受容体上の応答に係わる作用点や、苦味抑制に係わる部位の同定など甘味タンパク質の機能発現に関して重要な知見を得ることができた。またソーマチンの放射光による高分解能構造解析に加え、X線自由電子レーザーを用いて世界に先駆けソーマチンの室温無損傷の連続フェムト秒構造解析に成功した。この解析により室温での構造が凍結状態の構造と明らかに異なる知見が得られ、より生理的な条件下での構造解析の必要性が改めて浮き彫りとなった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] フェデリコ2世ナポリ大学(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: フェデリコ2世ナポリ大学
• [Journal Article] A Hypersweet Protein: Removal of The Specific Negative Charge at Asp21 Enhances Thaumatin Sweetness. (2016)
  • Author(s): Masuda, T., Ohta, K., Ojiro, N., Murata, K., Mikami, B., Tani, F., Temussi, P.A., and Kitabatake, N.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Pages: -
  • DOI: doi:10.1038/srep20255
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Precipitation of sword bean proteins by heating and addition of magnesium chloride in a crude extract. (2016)
  • Author(s): Nishizawa, K., Masuda, T., Takenaka, Y., Masui, H., Tani, F., and Arii, Y.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 29 Pages: 1-9
  • DOI: DOI:10.1080/09168451.2016.1164587
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Redox-coupled proton transfer mechanism in nitrite reductase revealed by femtosecond crystallography. (2016)
  • Author(s): Fukuda, Y., Tse, K.M., Nakane, T., Nakatsu, T., Suzuki, M., Sugahara, M., Inoue, S., Masuda, T., Yumoto, F., Matsugaki, N., Nango, E., Tono, K., Joti, Y., Kameshima, T., Song, C., Hatsui, T., Yabashi, M., Nureki, O., Murphy, M.E., Inoue, T., Iwata, S., and Mizohata, E.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Volume: 113 Pages: 2928-2933
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1517770113
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] De novo native sulfur/chlorine SAD phasing for serial femtosecond crystallography. (2015)
  • Author(s): Nakane, T., Song, C., Suzuki, M., Nango, E., Kobayashi, J., Masuda, T., Inoue, T., Mizohata, E., Nakatsu, T., Tanaka, T., Tanaka, R., Shimamura, T., Tono, K., Joti, Y., Kameshima, T., Hatsui, T., Yabashi, M., Nureki, O., Iwata, S., and Sugahara, M.
  • Journal Title: Acta Crystallogr. Sect. D Volume: 71 Pages: 2519-1525
  • DOI: doi:10.1107/S139900471501857X
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチンの甘味強化 (2016)
  • Author(s): 桝田 哲哉、太田 圭介、小代 奈央子、村田 一輝、三上 文三、谷 史人、Temussi Piero、 北畠 直文
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-03-28 – 2016-03-30
• [Presentation] シリアル結晶学における重原子誘導体を用いた位相決定 (2015)
  • Author(s): 山下 恵太郎、潘 東青、長谷川 和也、菅原 道泰、村井 智洋、小段 篤史、溝端 栄一、鈴木 守、桝田 哲哉、平田 邦生、加藤 博章、吾郷 日出夫、熊坂 崇、山本 雅貴、中津 亨
  • Organizer: 日本結晶学会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-18
• [Presentation] 甘味タンパク質の甘味発現機構 (2015)
  • Author(s): 桝田 哲哉、北畠 直文、三上 文三、谷 史人
  • Organizer: 食品酵素化学研究会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] 甘味タンパク質ソーマチン Asp21 変異体の構造活性相関 (2015)
  • Author(s): 村田 一輝、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • Organizer: 日本食品科学工学会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-08-27 – 2015-08-29
• [Presentation] 高分解能 X 線結晶構造解析による甘味タンパク質ソーマチンと苦味物質の相互作用解析 (2015)
  • Author(s): 大久保 喬平、桝田 哲哉、三上 文三、谷 史人
  • Organizer: 日本食品科学工学会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-08-27 – 2015-08-29
• [Presentation] 甘味タンパク質の甘味発現機構 (2015)
  • Author(s): 桝田 哲哉
  • Organizer: 日本食品科学工学会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-08-27 – 2015-08-29
  • Invited
• [Book] 化学 (2016)
  • Author(s): 桝田哲哉
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks] 甘味タンパク質の高甘味度化に成功 －低カロリータンパク質性甘味料の更なる有効利用に期待－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2015/160203_1.html
• [Remarks] 甘味タンパク質の高甘味度化に成功 －低カロリータンパク質性甘味料の更なる有効利用に期待－
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2016/160204_2/