2019 Fiscal Year Annual Research Report
Redesign of prenyltransfer reactions enabled by "permissive" substrate recognition
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries |
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| Project/Area Number |
19H04651
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
邊見 久 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (60302189)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | プレニル基転移酵素 / イソプレノイド / 古細菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
メタン生成古細菌Methanosarcina mazeiが有するシス型プレニル二リン酸合成酵素MM_0014について解析を進め、同酵素がアクセプター基質に関してきわめて幅広い特異性を有し、これまでに確認されたことのない化合物に対するプレニル基転移活性を示すことを明らかにした。一部の基質化合物の認識については酵素-基質複合体のX線結晶構造解析を行うことにより、そのメカニズムを明らかにしつつある。また、同菌からすでに見出しているヘテロマー型のシス型プレニル二リン酸合成酵素MM_0618/1083のホモログを探索した結果、同様にヘテロマーとして機能する酵素をある種の好熱性古細菌から見出すことができた。同酵素は好熱菌由来であるため比較的安定であり、さらに複合体としての精製が可能であったため、現在構造解析を目的とした結晶化を進めている。
大腸菌のイソプレノイド生産能の向上を目的として、我々が近年見出したATP低消費型経路である古細菌型メバロン酸経路を導入した。カロテノイド色素であるリコペンを指標としてその効果を確認した結果、準嫌気状態での培養において生産能の大幅な向上を確認できた。
超好熱性古細菌Aeropyrum pernix由来のC25古細菌膜脂質生合成酵素と真正細菌由来のイソプレノイド生合成酵素を組み合わせることにより、C30の側鎖を有する非天然型古細菌膜脂質の合成に成功した。さらにそれらの酵素の遺伝子を大腸菌に導入することで、同非天然型脂質を生産させることにも成功している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
特にシス型プレニル二リン酸合成酵素に関して予想外の興味深い研究結果が得られている。本課題の最終目的である非天然型イソプレノイドの合成までは思うように進めていないが、基礎研究としては進展が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
M. mazeiのシス型プレニル二リン酸合成酵素については、新たなアクセプター基質から合成された未知化合物の構造決定を進めるとともに、同様に基質となる他の化合物の探索を進め、同酵素の応用の可能性を探ると同時に、その生理的な役割を明らかにする。古細菌においては、変形メバロン酸経路の発見により、他生物にはないイソプレノイド生合成中間体が存在しうることが示されている。この知見を元にしてプレニル基転移反応のアクセプター基質を探索することを考えている。また、ヘテロマー型のシス型プレニル二リン酸合成酵素については、好熱性古細菌の酵素をターゲットとすることでX線結晶構造を明らかにし、基質認識機構やヘテロマー形成の意義を解明したい。
さらに、大腸菌への古細菌型メバロン酸経路の導入により、シス型プレニル二リン酸合成酵素の構造未知な生成物や、長鎖型の古細菌膜脂質といった非天然型イソプレノイドの大腸菌での大量生産を実現し、それらの化合物の構造決定を可能にしたい。
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Research Products
(14 results)
