シトクロムP450酵素が制御するブラシノステロイド代謝機構の解明

• 研究課題/領域番号: 04J00979
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 生物生産化学・生物有機化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 大西 利幸 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2005年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2004年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: ブラシノステロイド / 植物ホルモン / シトクロムP450 / 酵素化学 / 昆虫細胞発現系 / GC-MS / Brassinosteroid / Cytochrome P450

研究概要

ブラシノステロイド(BR)は植物の生長、分化など重要な役割を担っている。BR生合成・代謝経路の多くのステップに膜結合型シトクロムP450(P450)酵素が関与していることが生化学的研究から推定されているが、これら多くのP450酵素の活性について未同定である。本研究はBR生合成・代謝経路を酵素学的に解明することを目的とし、BRの生合成・代謝を担うP450酵素をin vitroで発現し、その基質および代謝物の構造の同定を行った。これまでの分析化学的手法により、CYP90C1とCYP90D1はそれぞれC-2位水酸化酵素、C-3位酸化酵素であると推定されているが、生化学的解析はなされていない。そこで、CYP90C1およびCYP90D1の酵素機能の解明を目的として、CYP90C1およびCYP90D1両酵素の生化学的解析を行った。その結果、CYP90C1およびCYP90D1は6-deoxoCT、キャサステロン(CT)のC-23位水酸化反応を触媒して、6-deoxoTE、ティーステロン(TE)をそれぞれ生成し、C-23位水酸化酵素であり、酵素機能が重複していることを明らかにした。また早期C-22位水酸化経路中間体はいずれもC-23位水酸化酵素の基質となると考えられたので、各中間体に対する基質特異性の検討を行った。その結果、従来基質とされた6-deoxoCTは非常に悪い基質であったのに対し、22-OH-4-en-3-one、22-OH-3-oneおよび3-epi-6-deoxoCTは良い基質となりk_<cat>/K_mは6-deoxoCTの60-120倍高いことが明らかとなった。以上より、CYP90C1とCYP90D1により22-OH-3-oneおよび3-epi-6-deoxoCTから直接6-deoxo3DTおよび6-deoxoTYへとそれぞれC-23位水酸化される新規生合成経路の存在を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Arabidopsis CYP90B1 catalyzes the early C-22 hydroxylation of C_<27>, C_<28>, and C_<29> sterols (2006)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S.^#, Ohnishi, T.^#, Watanabe, B., Yokota, T., Takatsuto, S., Fujioka, S., Yoshida, S., Sakata, K., Mizutani, M.
  • 雑誌名: The Plant Journal 45 ページ: 765-774
• [雑誌論文] Erect leaves caused by brassinosteroid deficiency increase biomass production and grain yield in rice (2005)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, T., Morinaka, Y., Ohnishi, T., Sunohara, H., Fujioka, S., Ueguchi-Tanaka, M., Mizutani, M., Sakata, K., Takatsuto, S., Yoshida, S., Tanaka, H., Kitano, H., Matsuoka, M.
  • 雑誌名: Nature Biotechnology 24 ページ: 105-109