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Structural determination of oligomeric cellulose synthase complex

Research Project

Project/Area Number 15H04530
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Wood science
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Imai Tomoya  京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (90509142)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岩崎 憲治  大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (20342751)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2016: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2015: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsセルロース合成酵素 / セルロース / セルロースミクロフィブリル / 固体構造 / 膜タンパク質 / 高分子集合 / 生合成 / CesA / タンパク質複合体 / 固体構造形成 / 小角X線散乱 / バイオマス / 高分子集積 / 電子顕微鏡 / セルロース合成酵素複合体 / クライオ電子顕微鏡 / 膜タンパク質精製 / 会合体 / ミクロフィブリル / 膜タンパク質複合体 / 酢酸菌 / 構造生物学 / 蛍光免疫顕微鏡 / タンパク質安定化 / 単粒子解析
Outline of Final Research Achievements

Cellulose is a major part of plant cell wall including wood, and exists as “microfibril” in which many polymer chains are packed in extended conformation. This study, on the bacterial model, aims for clarifying the mechanism of cellulose synthase protein to produce this microfibril structure.
First of all, we showed that the catalytic subunit of cellulose synthase is regularly arranged in living bacterial cell. Protein purification of cellulose synthase complex has been optimized for further higher resolution structural analysis. Observation of cellulose molecules synthesized by cellulose synthase protein was also made, and showed that cellulose molecules are aggregated through two-step process, not a single-step process.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

セルロース合成酵素がミクロフィブリル構造を作る機能は、高分子を常温常圧水系溶媒下で制御して、特定の構造を合成する機能である。これは高分子科学的に大変高度な機構であり、本研究はその解明を進めた。得られた成果はまだ解明の糸口を見つけ出したに過ぎないが、セルロース生合成の本質が常温常圧水系溶媒下で高分子を自在に制御するタンパク質機能であることを示したことが本研究の学術的意義である。また再生可能資源としてますます注目を浴びるセルロースへの感心は今後ますます高くなると思われるが、その生合成が非常に高度な生物機構であることを広く国民に説明する知見を与えることが本課題の一番の社会的意義である。

Report

(5 results)
  • 2019 Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 7 results)

  • [Int'l Joint Research] Aalto University(フィンランド)

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    • Author(s)
      Tajima Hirotaka、Penttila Paavo A.、Imai Tomoya、Yamamoto Kyoko、Yuguchi Yoshiaki
    • Journal Title

      International Journal of Biological Macromolecules

      Volume: 130 Pages: 765-777

    • DOI

      10.1016/j.ijbiomac.2019.02.167

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  • [Journal Article] CesA protein is included in the terminal complex of Acetobacter2017

    • Author(s)
      Sun Shi-jing、Imai Tomoya、Sugiyama Junji、Kimura Satoshi
    • Journal Title

      Cellulose

      Volume: 24 Issue: 5 Pages: 2017-2027

    • DOI

      10.1007/s10570-017-1237-6

    • NAID

      120006463748

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Site-directed mutagenesis of bacterial cellulose synthase highlights sulfur?arene interaction as key to catalysis2016

    • Author(s)
      Sun Shi-jing、Horikawa Yoshiki、Wada Masahisa、Sugiyama Junji、Imai Tomoya
    • Journal Title

      Carbohydrate Research

      Volume: 434 Pages: 99-106

    • DOI

      10.1016/j.carres.2016.08.009

    • NAID

      120005868492

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      今井友也、田島寛隆、Paavo A. Penttila、山本郷湖、湯口宜明
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      今井友也、Paavo A. Penttila、田島寛隆、山本郷湖、湯口宜明
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      今井 友也, ペンティラ パーヴォ, 田島 寛隆, 山本 郷湖, 湯口 宜明
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      田島寛隆、Paavo A. Penttila、山本郷湖、湯口宜明、杉山淳司、今井友也
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      第68回日本木材学会大会
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      今井友也
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      今井友也
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      The 4th International Cellulose Conference 2017
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      Tomoya Imai
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      Asia Research Node Symposium on Humanosphere Science (organized by Univeristy Sanis Malaysia and RISH, Kyoto University)
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    • Author(s)
      今井友也
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  • [Presentation] 分子集合体であるセルロースの生合成機構2017

    • Author(s)
      今井友也
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      第1回生物資源・次世代農業セミナー「循環型炭素資源ー植物細胞壁の研究動向」 立命館大学R-GIRO「90億人時代に向けた気候変動対応型農業の基盤創生」拠点
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  • [Presentation] セルロース合成酵素の大腸菌発現系最適化2016

    • Author(s)
      今井友也、杉山淳司
    • Organizer
      第66回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2016-03-27
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  • [Presentation] セルロース合成酵素のミクロフィブリル構造形成機構の解明に向けて2016

    • Author(s)
      今井友也
    • Organizer
      第11回トランスポーター研究会
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    • Invited

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Published: 2015-04-16   Modified: 2022-11-04  

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