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キノン補酵素形成機構の解明およびペプチド修飾酵素による機能性環状ペプチドの創出

Research Project

Project/Area Number 18J22104
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied biochemistry
Research InstitutionOsaka University
Research Fellow 大関 俊範  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords翻訳後修飾 / モノオキシゲナーゼ / セリンプロテアーゼ / X線結晶構造解析 / 環状ペプチド / ラジカルSAM酵素 / ビルトイン型補酵素
Outline of Annual Research Achievements

QhpEのX線結晶構造を1.80Åの分解能で決定した。QhpEの活性中心には、QhpCが結合していると考えられる大きなポケットがあった。そこで、基質認識に関与する相互作用を特定するため、QhpE /QhpC複合体モデルをClusProを用いて構築した。その結果、高度に保存された大きなポケットにQhpCのリーダーペプチドが結合することが示唆され、これによってQhpCを認識していると考えられた。また、活性中心に近接する保存された浅い窪みにQhpCが結合しており、この領域の構造変化が切断活性に大きく影響している可能性がある。
このように、複数の酵素系が、それぞれの酵素の複合体形成や反応性を介して、成熟したQhpCの生合成を制御していることを明らかにした。
これまでの先行研究で、チオエーテル架橋形成酵素QhpDを用いて、短縮型QhpC(sQhpC)において様々な配列を持つsQhpCの架橋形成に成功している、今回、QhpEとTEVプロテアーゼを用いて、sQhpCのN末端リーダーペプチドとC末端St2タグを切断し、ポリAlaループを含む架橋領域を単離した。この環状ペプチドの生理活性をA549細胞を用いて測定した。測定には,様々な長さのAla残基で置換された環状ペプチド((Ala)×4,(Ala)×5,(Ala)×6)を用いた。A549細胞に添加した結果、(Ala)×4は30%の細胞毒性を示した。一方、(Ala)×5と(Ala)×6)は、細胞生存率に大きな影響を与えなかった。これらの結果から、(Ala)×4は、(Ala)×5や(Ala)×6に比べて疎水性が高く、分子が小さいため、細胞膜を破壊することが示唆された。今後、QhpDの構造解析を進め、基質認識機構を解明することで、触媒機能の改変が可能になると考えられる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(15 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Functional and structural characterization of a flavoprotein monooxygenase essential for biogenesis of tryptophylquinone cofactor2021

    • Author(s)
      Oozeki Toshinori、Nakai Tadashi、Kozakai Kazuki、Okamoto Kazuki、Kuroda Shun’ichi、Kobayashi Kazuo、Tanizawa Katsuyuki、Okajima Toshihide
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41467-021-21200-9

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素の活性中心サブユニット生合成に関与するセリンプロテアーゼの生化学的・構造学的解析2020

    • Author(s)
      大関 俊範、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Biochemical and structural analyses of serine proteinase involved in biosynthesis of active-site subunit of quinohemoprotein amine dehydrogenase2020

    • Author(s)
      Toshinori Oozeki, Tadashi Nakai, Katsuyuki Tanizawa, Toshihide Okajima
    • Organizer
      第10回日本蛋白質科学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素の活性中心サブユニット生合成に関与するセリンプロテアーゼの生化学的・構造学的機能解析2020

    • Author(s)
      大関 俊範、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
    • Organizer
      第93回日本生化学会大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素の活性中心サブユニット生合成に関与するセリンプロテアーゼの機能解析2019

    • Author(s)
      大関 俊範、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
    • Organizer
      日本農芸化学会2019年度大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素の活性中心サブユニット生合成に関与するセリンプロテアーゼの機能解析2019

    • Author(s)
      大関 俊範、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
    • Organizer
      第19回日本蛋白質科学会年会, 第71回日本細胞生物学会大会 合同大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Functional analysis of serine proteinase involved in biosynthesis of active-site subunit of quinohemoprotein amine dehydrogenase2019

    • Author(s)
      Toshinori Oozeki, Tadashi Nakai, Katsuyuki Tanizawa, Toshihide Okajima
    • Organizer
      The 22nd SANKEN International Symposium, The 17th SANKEN Nanotechnology International Symposium
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sequence Specificity for Peptide Substrates in Thioether Crosslinking Reaction Catalyzed by Radical SAM Enzyme QhpD2019

    • Author(s)
      Toshinori Oozeki, Kazuki Kozakai, Tadashi Nakai, Katsuyuki Tanizawa, Toshihide Okajima
    • Organizer
      The 33rd Proteine Society Annual Symposium
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Functional analysis of serine proteinase involved in biosynthesis of active-site subunit of quinohemoprotein amine dehydrogenase2019

    • Author(s)
      Toshinori Oozeki, Tadashi Nakai, Katsuyuki Tanizawa, Toshihide Okajima
    • Organizer
      SANKEN International Symposium
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素の活性中心サブユニット生合成に関与するセリンプロテアーゼの機能解析2019

    • Author(s)
      大関 俊範、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
    • Organizer
      農芸化学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ペプチドチオエーテル架橋形成を行うラジカルSAM酵素QhpDにおける基質配列特異性の解析2018

    • Author(s)
      大関 俊範、小酒井 一輝、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
    • Organizer
      蛋白質科学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ペプチド鎖チオエーテル架橋形成酵素QhpDによる単一鎖内多重架橋形成とAla繰り返し配列の環状化2018

    • Author(s)
      大関 俊範、小酒井 一輝、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
    • Organizer
      酵素・補酵素研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ラジカルSAM酵素QhpDのペプチドチオエーテル架橋形成反応によるAla繰り返し配列の環状化と複数架橋形成2018

    • Author(s)
      大関 俊範、小酒井 一輝、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
    • Organizer
      生化学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] タンパク質中のトリプトファン残基を特異的に水酸化する 新しいフラビン酵素の構造と機能を解明

    • URL

      https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/hot_topics/topics_20210210-1/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] タンパク質中のトリプトファン残基を特異的に水酸化する新しいフラビン酵素の構造と機能を解明

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2021/20210210_2

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-12-27  

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