ダブルドメインセルラーゼの吸着バランス制御による結晶性多糖構造分解反応の促進

• 研究課題/領域番号: 13J07574
• 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: 木質科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中村 彰彦 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,530千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: セルラーゼ / セルロース / プロセッシビティ / 結晶性セルロース / セロビオヒドロラーゼ

研究実績の概要

セルロース分解性のカビTrichoderma reesei由来のセロビオヒドロラーゼ型Cel7 (TrCel7A)は結晶性セルロースを分解する活性が高い事が知られている。TrCel7Aは吸着ドメインと触媒ドメインがリンカー領域で繋がった構造をしている。特に触媒ドメインはトンネル状の構造をしており、セルロース鎖を連続的に分解する事が知られている。本研究ではTrCel7Aのどのような構造的特徴が結晶性セルロース分解に寄与しているのか明らかにする事を目的としている。
TrCel7Aの触媒ドメインの基質結合サイト-4に存在するトリプトファン残基(Trp38)は、トンネル型構造の入り口に存在しており、全てのセロビオヒドロラーゼ型Cel7に保存されている残基である。しかしその機能については分かっていない。そこでTrCel7AのTrp38をアラニンに変化させた変異体(W38A)の結晶性セルロースの分解活性を調べた所、天然型酵素と比較して著しく低下する事が分かった。その原因を調べるため可溶性セロオリゴ糖の分解パターンを詳細に検討した結果、W38Aでは基質の取り込み速度が低下している事が判明した。また理論計算によって基質結合サイトの結合エネルギーを確認すると、W38Aでは活性中心へ向かう結合エネルギーのグラジエントが崩れていることが分かった。即ちTrp38残基はセルロース分子鎖を活性中心に送り込む為に存在している事が明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Trade-off between Processivity and Hydrolytic Velocity of Cellobiohydrolases at the Surface of Crystalline Cellulose (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakamura, Watanabe, H., Ishida, T., Uchihashi, T., Wada, M., Ando, T., Igarashi, K. and Samejima, M.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 136 号: 12 ページ: 4584-4592
  • DOI: 10.1021/ja4119994
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Tryptophan Residue at the Active Site Tunnel Entrance of Trichoderma reesei Cellobiohydrolase Ce17A Is Important for Initiation of Degradation of Crystalline Cellulose (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakamura, Tsukada, T., Auer, S., Furuta, T., Wada, M., Koivula, A., Igarashi, K. and Samejima M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 288 号: 19 ページ: 13503-13510
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.452623
  • 査読あり
• [学会発表] 可溶性オリゴ糖を用いたTrCel7Aのプロセッシブ反応の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村彰彦, 塚田 剛士,Sanna Auer, Anu Koivula, 五十嵐 圭日子, 鮫島 正浩
  • 学会等名: 第２８回セルラーゼ研究会
  • 発表場所: 幕張セミナーハウス
  • 年月日: 2014-07-11 – 2014-07-12
• [学会発表] Molecular and functional analysis of glycoside hydrolase family 7 cellobiohydrolases from filamentous fungi (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村彰彦, 渡辺大輝, 古田忠臣, 塚田 剛士, Sanna Auer, Anu Koivula,内橋貴之, 安藤敏夫, 五十嵐 圭日子, 鮫島 正浩
  • 学会等名: 第１４回東京大学生命科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2014-04-26
• [学会発表] Molecular mechanisms for cellulose hydrolysis of glycoside hydrolase family 7 cellobiohydrolases from fungi. (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakamura, Ishida, T., Fushinobu, S., Kusaka K., Tanaka I., Inaka, K., Masaki, M., Ohta, K., Kaneko S., Niimura, N., Samajima M. and Igarashi K.
  • 学会等名: 4th International Symposium on Diffraction Structural Biology
  • 発表場所: 名古屋市中小企業振興会館(愛知)
• [学会発表] 糸状菌由来糖質加水分解酵素ファミリー7セロビオヒドロラーゼの機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村 彰彦、塚田 剛士、古田 忠臣、Sanna Auer、Anu Koivula、石田 卓也、五十嵐 圭日子、鮫島 正浩
  • 学会等名: 第27回セルラーゼ研究会
  • 発表場所: 花王 株式会社 霞ケ浦研修所(茨城)
• [学会発表] Molecular mechanisms for cellulose hydrolysis of glycoside hydrolase family 7 cellobiohydrolases from fungi. (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakamura, Tsukada, T., Auer, S., Furuta, T., Wada, M., Koivula, A., Igarashi, K. and Samejima M.
  • 学会等名: Gordon Research Seminars Cellulosomes, Cel lulases & Other Carbohydrate Modifying Enzymesl
  • 発表場所: Andover, NH, America
• [学会発表] Molecular mechanisms for cellulose hydrolysis of glycoside hydrolase family 7 cellobiohydrolases from fungi. (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakamura, Tsukada, T., Auer, S., Furuta, T., Wada, M., Koivula, A., Igarashi, K. and Samejima M.
  • 学会等名: Gordon Research Confermmes Cellulosomes, Cellulases & Other Carbohydrate Modifying Enzymes
  • 発表場所: Andover, NH, America
• [学会発表] 糖質加水分解酵素ファミリー45に属する担子菌由来エンドグルカナーゼの構造・機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村彰彦, 石田卓也, 伊中浩治, 樋口芳樹, 伏信進矢, 五十嵐圭日子, 鮫島正浩
  • 学会等名: 第62回日本応用糖質科学会
  • 発表場所: 鹿児島大学(鹿児島)
• [備考]
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2013/20130510-2.html
• [備考]
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2014/20140313-4.html
• [備考]
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/the-tortoise-beats-the-hare-again/