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高分子物質の結合と分解に関わるタンパク質・酵素の機能を規定する動的高次構造の解析

研究課題

研究課題/領域番号 15780053
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 応用微生物学
研究機関京都大学

研究代表者

橋本 渉  京都大学, 農学研究科, 助教授 (30273519)

研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
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)
2003年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワードBacillus / キサンタンリアーゼ / X線結晶構造解析 / 多糖リアーゼファミリー / ヒアルロン酸リアーゼ / コンドロイチンリアーゼ / 反応機構 / 動的構造 / スフィンゴモナス属細菌 / 高分子物質 / アルギン酸結合タンパク質 / アルギン酸リアーゼ / 動的高次構造 / ドメイン開閉 / ループ開閉
研究概要

高分子物質(キサンタン)の分解に関わるBacillus属細菌(GL1株)由来キサンタンリアーゼ(XLY)の構造機能解析を行い、以下のことを明らかにしてきた。XLYは、一次構造に基づいて多糖リアーゼファミリーPL-8に分類される。XLYのX線結晶構造(α5/α5バレル+逆並行βシート)を決定し、XLYが同じPL-8酵素の連鎖球菌ヒアルロン酸リアーゼ(HLY)やコンドロイチンリアーゼ(CLY)と同様の基本骨格を示すことを明らかにした。また、XLY、CLY、及びHLYの活性部位付近の微細な構造が極めて類似していることも見出し、XLYの触媒反応に関わる分子機構を解析することにより、PL-8酵素に共通の触媒反応機構を提示できると考えられた。
XLY,HLY,CLYに共通する高次構造に基づき、触媒に直接関与すると考えられたXLYのN194、H246、Y255の部位特異的変異体を作製し、各変異体の酵素学的性質を調べた。N194A、H246A、Y255Fはいずれも野生型に比して活性が1/500以下に低下したことから、これらの3残基がXLYの活性発現に重要であることが示された。このことはPL-8酵素には共通の触媒反応機構があることを支持する結果である。活性低下型変異体であるN194Aのリガンド非結合型、生成物(ピルビン酸マンノース)結合型、及び基質[キサンタン構成最小ユニット(5糖)]結合型の結晶構造を、それぞれ、2.3、1.8、及び2.1Å分解能で決定した。得られた高次構造に基づき、Y255が酸触媒・塩基触媒として機能する触媒反応機構を提唱した。XLYの触媒反応機構は、これまでHLYの構造に基づいて提唱されていたものとは異なり、むしろCLYにおいて提唱されたものと類似していた。PL-8酵素における共通の高次構造や触媒残基の知見から、XLY及びCLYに見られる触媒反応機構がPL-8酵素に共通するものであることが強く示唆された。また、リガンド結合によりα5/α5バレルドメインの動的構造変化が認められたことから、今後触媒反応におけるドメインの動的機構を明らかにする。

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (12件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] Proteomics-based identification of outer-membrane proteins responsible for import of macromolecules in Sphingomonas sp.A1 : alginate-binding flagellin on the cell surface2005

    • 著者名/発表者名
      Wataru Hashimoto
    • 雑誌名

      Biochemistry 44・42

      ページ: 13783-13794

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Direct evidence for Sphingomonas sp.A1 periplasmic proteins as macromolecule-binding proteins associated with the ABC transporter : molecular insights into alginate transport in the periplasm2005

    • 著者名/発表者名
      Keiko Momma
    • 雑誌名

      Biochemistry 44・13

      ページ: 5053-5064

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A structural basis for depolymerization of alginate by polysaccharide lyase family-72005

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Yamasaki
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Biology 352・1

      ページ: 11-21

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular identification of Sphingomonas sp.A1 alginate lyase (A1-IV') as a member of novel polysaccharide lyase family 15 and implications in alginate lyase evolution2005

    • 著者名/発表者名
      Wataru Hashimoto
    • 雑誌名

      Journal of Bioscience and Biotechnology 99・1

      ページ: 48-54

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Crystal structure of Bacillus sp.GL1 xanthan lyase complexed with a substrate : insights into the enzyme reaction mechanism2005

    • 著者名/発表者名
      Yukie Maruyama
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Biology 350・5

      ページ: 974-986

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Structure and function of bacterial super-biosystem responsible for import and depolymerization of macromolecules2005

    • 著者名/発表者名
      Wataru Hashimoto
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 69・4

      ページ: 673-692

    • NAID

      130000030348

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Super-channel in bacteria : structural and functional aspects of a novel biosystem for the import and depolymerization of macromolecules2004

    • 著者名/発表者名
      Wataru Hashimoto
    • 雑誌名

      Journal of Bioscience and Bioengineering 98(6)

      ページ: 399-413

    • NAID

      110002695598

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular identification and characterization of an alginate-binding protein on the cell surface of Sphingomonas sp.A12004

    • 著者名/発表者名
      Jinshan He
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications 322(3)

      ページ: 712-717

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Posttranslational processing of polysaccharide lyase : maturation route for gellan lyase in Bacillus sp.GL12004

    • 著者名/発表者名
      Osamu Miyake
    • 雑誌名

      Archives of Biochemistry and Biophysics 422(2)

      ページ: 211-220

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Structure and function of a hypothetical Pseudomonas aeruginosa protein PA1167 classified into family PL-7 : a novel alginate lyase with a β-sandwich fold.2004

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Yamasaki
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry 279(30)

      ページ: 31863-31872

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Crystal structure of unsaturated glucuronyl hydrolase, responsible for the degradation of glycosaminoglycan, from Bacillus sp.GL1 at 1.8Å resolution2004

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Itoh
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry 279(30)

      ページ: 31804-31812

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Origin and diversity of bacterial alginate lyases of families PL-5 and -7 in Sphingomonas sp.strain A12004

    • 著者名/発表者名
      Osamu Miyake
    • 雑誌名

      Journal of Bacteriology 186(9)

      ページ: 2891-2896

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] Osamu Miyake: "Origin and diversity of bacterial alginate lyases of families PL-5 and -7 in Sphingomonas sp. strain A1"Journal of Bacteriology. (印刷中). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Masayuki Yamasaki: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of alginate lyase, a member of polysaccharide lyase family PL-7, from Pseudomonas aeruginosa"Acta Crystallographica setion D. 59. 1499-1501 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Yumiko Mishima: "Crystal structure of AlgQ2, a macromolecule (alginate)-binding protein of sphingomonas sp. A1, complexed with an alginate tetrasaccharide at 1.6-Å resolution"Journal of Biological Chemistry. 278(8). 6552-6559 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Wataru Hashimoto: "Crystal structure of Bacillus sp. GL1 xanthan lyase, which acts on the side chains of xanthan"Journal of Biological Chemistry. 278(9). 7663-7673 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Osamu Miyake: "An exotype alginate lyase in Sphingomonas sp. A1 : overexpression in Escherichia coli, purification, and characterization of alginate lyase IV (A1-IV)"Protein Expression and Purification. 29(1). 33-41 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 橋本 渉: "細菌における巨大分子利用の高次バイオシステム"バイオサイエンスとインダストリー. 61(4). 25-28 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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