アーキア特有の補酵素A生合成機構の全容解明

• Project/Area Number: 12J02716
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 冨田 宏矢 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2012 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 補酵素A / アーキア / 生合成 / Themococcus / ketopantoate hydroxymethyltransferase / β-alanine / glutamate decarboxylase / aspartate decarboxylase / Thermococcus / pantoate kinase / phosphopantothenate synthetase / ketopantoate reductase / フィードバック阻害

Research Abstract

申請書課題2. CoA生合成の制御機構
既に解析したThermococcus kodakarensisのketopantoate reductase (KPR)に続き、ketopantoate hydroxymethyltransferase (KPHMT)の解析を行った。その結果、KPHMTはCoAによる阻害を受けなかったことから、本菌のCoA生合成において、KPRは第一の阻害ターゲットであることが明らかとなった。
申請書課題3. β-Alanineの生合成
CoAの分子骨格の構成成分であるβ-alanineに関し、本菌におけるその生合成機構の解明を進めるため、glutamate decarboxylase (GAD)のホモログ遺伝子であるTKl814の解析を行った。生化学的解析の結果、TK1814はGluのみならずAspに対しても酵素活性を示したが、Aspに対するk_<cat>/K_m値はGluに対する値よりもはるかに大きいことが分かった。このことから、TK1814はADCとして機能することが示唆された。さらに遺伝学的解析を行うため、TK1814遺伝子破壊株を作製し、その生育特性を検証した。その結果、TK1814遺伝子破壊株は明確な生育を示さなかったが、CoAやβ-alanineの添加によってその生育は回復した。一方で、GAD反応の生成物であるγ-aminobutyrateを添加した場合では、生育は全く回復しなかった。この結果より、TKI814はADCとして機能し、β-alanine, CoAの生合成に重要であることが遺伝学的に証明された。
以上より、アーキアにおけるβ-alanineの生合成機構を解明し、β-alanineはGADホモログが持つADC活性によってAspから合成されることが明らかとなった。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Characterization of two members among the five ADP-forming acyl coenzyrne A (acyl-CoA) synthetases reveals the presence of a 2-(imidazol-4-yl) acetyl-CoA synthetase in Thermococcus kodakarensis (2014)
  • Author(s): T. Awano, A. Wilming, H. Tomita, Y. Yokooji, T. Fukui, T. Imanaka, and H. Atomi
  • Journal Title: Journal of Bacteriology Volume: 196(1) Issue: 1 Pages: 140-147
  • DOI: 10.1128/jb.00877-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An archaeal glutamate decarboxylase homolog functions as an aspartate decarboxylase and is involved in β-alanine and coenzyme A biosynthesis (2014)
  • Author(s): H. Tomita, Y. Yokooji, T. Ishibashi, T. Imanaka, and H. Atomi
  • Journal Title: Journal of Bacteriology Volume: 196(6) Issue: 6 Pages: 1222-1230
  • DOI: 10.1128/jb.01327-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of phosphopantothenate synthetase from Thermococcus kodakarensis (2014)
  • Author(s): A. Kishimoto, A. Kita, T. Ishibashi, H. Tomita, Y. Yokooji, T. Imanaka, H. Atomi, and K. Miki
  • Journal Title: Proteins Volume: (印刷中) Issue: 9 Pages: 1924-1936
  • DOI: 10.1002/prot.24546
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification and characterization of an archaeal ketopantoate reductase and its involvement in regulation of coenzyme A biosynthesis (2013)
  • Author(s): H. Tomita, T. Imanaka, and H. Atomi
  • Journal Title: Molecular Microbiology Volume: 90(2) Issue: 2 Pages: 307-321
  • DOI: 10.1111/mmi.12363
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CoA biosynthesis in archaea (2013)
  • Author(s): Atomi, H., Tomita, H., Ishibashi, T., Yokooji, Y., Imanaka, T.
  • Journal Title: Biochemical Society Transactions Volume: VOL 41 Issue: 1 Pages: 427-431
  • DOI: 10.1042/bst20120311
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biochemical characterization of pantoate kinase, a novel enzyme necessary for coenzyme A biosynthesis in the Archaea (2012)
  • Author(s): Tomita, H., Yokooji, Y., Ishibashi, T., Imanaka. T., Atomi. H.
  • Journal Title: Journal of Bacteriology Volume: VOL 194 Issue: 19 Pages: 5434-5443
  • DOI: 10.1128/jb.06624-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A detailed biochemical characterization of phosphopantothenate synthetase, a novel enzyme involved in coenzyme A biosynthesis in the Archaea (2012)
  • Author(s): Ishtbashi, T., Tomita, H., Yokooji, Y., Morikita, T., Watanabe, B., Hiratake, J., Kishimoto, A., Kita, A., Miki, K., Imanaka
  • Journal Title: Extremophiles Volume: VOL 16 Issue: 6 Pages: 819-828
  • DOI: 10.1007/s00792-012-0477-5
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Studies on the mechanisms of coenzyme A biosynthesis in Archaea (2013)
  • Author(s): H. Tomita, Y. Yokooji, T. Ishibashi, T. Imanaka, H.
  • Organizer: Biotechnology and Chemistry for GREEN GROWTH
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター(大阪府)
  • Year and Date: 2013-03-11
• [Presentation] アーキアにおける補酵素A生合成の制御機構の解明とその利用 (2013)
  • Author(s): 冨田宏矢、横大路裕介、石橋拓也、今中忠行、跡見晴幸
  • Organizer: 環境バイオテクノロジー学会2013年度大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場 (福岡県北九州市)
• [Presentation] Functional characterization of enzymes involved in archaeal coenzyme A biosynthesis (2013)
  • Author(s): H. Tomita, Y. Yokooji, T. Ishibashi, T. Imanaka, H. Atomi
  • Organizer: 12^<th> International meeting on Thermophiles
  • Place of Presentation: University of Regensburg, Germany
• [Presentation] アーキアの補酵素A生合成に関する酵素学的解析および制御機構の解明 (2012)
  • Author(s): 冨田宏矢、横大路裕介、石橋拓也、今中忠行、跡見晴幸
  • Organizer: 第13回極限環境生物学会
  • Place of Presentation: 日本大学文理学部(東京都)
  • Year and Date: 2012-12-01
• [Presentation] アーキアの補酵素A生合成に関する生化学的解析 (2012)
  • Author(s): 冨田宏矢、横大路裕介、石橋拓也、今中忠行、跡見晴幸
  • Organizer: 第64回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(兵庫県)
  • Year and Date: 2012-10-24
• [Presentation] Enzymes and regulation involved in archaeal coenzyme A biosynthesis (2012)
  • Author(s): H. Tomita, Y. Yokooji, T. Ishibashi, T. Imanaka, H.
  • Organizer: 9th International Congress on Extremophiles
  • Place of Presentation: Hotel NH Central Convenciones (スペイン)
  • Year and Date: 2012-09-11