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Cell-free approach to design cellulose nanofibers

Research Project

Project/Area Number 18K06142
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
Research InstitutionOkinawa Institute of Science and Technology Graduate University

Principal Investigator

中島 啓介  沖縄科学技術大学院大学, マリンゲノミックスユニット, スタッフサイエンティスト (10422924)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 今井 友也  京都大学, 生存圏研究所, 教授 (90509142)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywordsセルロース / セルロース合成酵素 / インビトロ合成 / ホヤ / カタユウレイボヤ / 無細胞発現 / 被嚢動物 / 無細胞タンパク発現 / 膜タンパク質 / 結晶繊維 / 結晶多形
Outline of Annual Research Achievements

カタユウレイボヤ胚から調製した膜タンパク質画分を用いて、C14標識したUDP-グルコースの取り込み活性を液体シンチレーションを用いて評価した。取り込み反応後のセルラーゼ処理の有無で生じる取り込み活性の差分をセルロース合成活性とし、その活性の至適条件(pH・温度・2価金属イオン種および濃度)を求めた。至適条件でのインビトロ合成産物をフーリエ変換赤外分光法および電子線回折に供して、それがセルロースであることを確かめた。しかし、分析結果は、インビトロ合成されたセルロースが想定された平行鎖構造ではなく、逆平行鎖構造であることを示していた。カタユウレイボヤを含め、自然界で合成されたセルロースは平行鎖構造をとることから、本合成系には平行鎖構造をとるために必要な因子が何か欠けていると受け止めた。その因子を探るべく、様々な条件でのインビトロ合成を試み、その産物の分析と検討を行ったが、未だ因子は不明である。そこで、平行鎖合成の試みは今後の主たる課題の1つとして留めおき、急がば回れの精神で、本インビトロ合成系におけるセルロース合成酵素の評価を行った。まず、昨年度明らかにしたリン酸化が起きていることを確認した。ついで、ブルーネイティブ電気泳動法により、セルロース合成酵素がタンパク複合体を形成していること、その分子量が3量体から4量体に相当することを明らかにした。同複合体の構成要素を明らかにすべく、ゲルから抽出したタンパク質を液体クロマトグラフィータンデム質量分析に供して分析中である。このように、昨年までに確立させた独自の技術系を活用して、新たな課題を設定しつつ、着実にカタユウレイボヤのセルロース生合成機構について理解を深められた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究期間中に確立させた実験系(ホヤ試料からの膜タンパク質精製系・RI取り込み活性評価系)を安定的に運用・活用し、着実に新知見を得るとともに、新たな課題を具体的な問題設定に落とし込み、新技術の導入により、セルロース合成酵素複合体に関する新しい知見が得られているため。

Strategy for Future Research Activity

インビトロ合成系において、天然セルロース同様の平行鎖が合成されない因子を探ることで、生合成ならではの階層構造形成の秘密を明らかにできると考えている。

Report

(4 results)
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report

Research Products

(5 results)

All 2020 2019 2018

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

  • [Journal Article] Phylogenetic Analyses of Glycosyl Hydrolase Family 6 Genes in Tunicates: Possible Horizontal Transfer2020

    • Author(s)
      Kun-Lung Li, Keisuke Nakashima, Jun Inoue, and Noriyuki Satoh
    • Journal Title

      Genes

      Volume: 11 Pages: 937-937

    • DOI

      10.3390/genes11080937

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ORTHOSCOPE Analysis Reveals the Presence of the Cellulose Synthase Gene in All Tunicate Genomes but Not in Other Animal Genomes2019

    • Author(s)
      Jun Inoue, Keisuke Nakashima, and Noriyuki Satoh
    • Journal Title

      Genes

      Volume: 10 Pages: 294-294

    • DOI

      10.3390/genes10040294

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 腸内細菌による粘液層への定着は動物進化上の新しい特徴である2019

    • Author(s)
      中島啓介、菊池さくら
    • Journal Title

      実験医学

      Volume: 37 Pages: 69-72

    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Journal Article] A comparative approach to decipher intestinal animal-microbe associations2018

    • Author(s)
      Keisuke Nakashima
    • Journal Title

      Microbial Cell

      Volume: 5 Pages: 522-524

    • DOI

      10.15698/mic2018.11.658

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 脊椎動物の消化管におけるキチン製バリア免疫機構の発見とその喪失が哺乳類の腸内細菌に及ぼした影響2018

    • Author(s)
      中島啓介、菊池さくら、佐藤矩行、小川悠、游智凱、相馬智史、渡邊壮一、金子豊二、木村聡
    • Organizer
      セルロース学会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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