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セルラーゼの2分子相乗効果メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 15J10657
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

立岡 美夏子  東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードセルラーゼ / 分子進化工学 / スクリーニング / バイオマス糖化 / 結晶構造解析 / X線結晶構造解析
研究実績の概要

木質や草本などのセルロース系バイオマスは持続可能な資源であり量も豊富であることから、液体燃料や化成品の原料など石油の代替資源としての利用が期待されている。バイオマス酵素糖化プロセスにおいては結晶性セルロース分解が律速となることが知られている為、自然界の主な分解者であるカビやキノコ由来のセルラーゼによる分解メカニズムを理解することは重要な課題である。そこで本研究では、糸状菌由来の異なる2種類のセルラーゼ(Cel6とCel7)がセルロース表面上で協調的に働くメカニズムを解明するため、詳細な反応機構が分かっていないCel6に着目し、ランダム変異導入法を用いた機能改変によってその反応機構を考察した。本年度は、X線結晶構造解析によりCel6の立体構造を決定し、触媒中心のループのゆらぎを解析することによって、基質を認識して加水分解反応を行う仕組みを明らかにした。さらに、高分解能X線結晶構造解析を合わせて行い、基質複合体での構造変化とプロトン化の状態の変化から、水素結合ネットワークの組換えによる一般酸触媒によるプロトン供与の機構を提案した。また、ランダム変異導入法をPcCel6Aに適用することによって、結晶性セルロースに対する反応特性の異なるPcCel6A変異体を得ることに成功し、その変異が触媒中心の生成物側のサブサイトに位置していることを明らかにした。2分子の相乗効果においても本変異が活性向上に寄与するかについて今後より詳細な検討を合わせて行うことによって、酵素分解の更なる効率化につながる可能性がある。本酵素の加水分解反応効率には生成物と酵素の親和性が大きく影響していることを明らかとしたことで、結晶性セルロース分解に寄与する性質について新たな知見を示した。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] 水素原子の可視化を目指したセルラーゼの大型結晶作製2017

    • 著者名/発表者名
      立岡美夏子, 中村彰彦, 石田卓也, 高橋幸子, 厳斌, 田仲広明, 古林直樹, 伊中浩治, 五十嵐圭日子, 鮫島正浩
    • 雑誌名

      International Journal of Microgravity Science and Application

      巻: 34 号: 1 ページ: 340108

    • DOI

      10.15011//jasma.34.340108

    • NAID

      130007842594

    • ISSN
      2188-9783
    • 年月日
      2017-01-31
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal structure of a family 6 cellobiohydrolase from the basidiomycete Phanerochaete chrysosporium2017

    • 著者名/発表者名
      Tachioka Mikako、Nakamura Akihiko、Ishida Takuya、Igarashi Kiyohiko、Samejima Masahiro
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications

      巻: 73 号: 7 ページ: 398-403

    • DOI

      10.1107/s2053230x17008093

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of simple random mutagenesis protocol for the protein expression system in Pichia pastoris2016

    • 著者名/発表者名
      Tachioka, M., Sugimoto, N., Nakamura, A., Sunagawa, N., Ishida, T., Uchiyama, T., Igarashi, K., and Samejima, M.
    • 雑誌名

      Biotechnol. Biofuels

      巻: 9 号: 1 ページ: 199-199

    • DOI

      10.1186/s13068-016-0613-z

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 高分解能 X 線結晶構造解析による担子菌由来セロビオヒドロラーゼの加水分解機構の検討2018

    • 著者名/発表者名
      立岡美夏子、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • 学会等名
      第68回日本木材学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] セロビオヒドロラーゼCel6Aの結晶構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      立岡美夏子、中村彰彦、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • 学会等名
      第31回セルラーゼ研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Sub-Atomic Resolution X-Ray and Neutron Structure Analysis of the GH Family 6 Cellobiohydrolase2017

    • 著者名/発表者名
      M Tachioka, A Nakamura, T Ishida, K Igarashi, M Samejima
    • 学会等名
      Gordon Research Seminar/Conference: Cellulases & Other Carbohydrate-Active Enzymes
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phanerochaete chrysosporium由来セロビオヒドロラーゼIIの中性子結晶構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      立岡美夏子、中村彰彦、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • 学会等名
      第66回日本応用糖質科学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 担子菌由来セルラーゼの微小重力下での結晶化と高分解能 X 線構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      立岡美夏子、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • 学会等名
      第67回日本木材学会大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 担子菌 Phanerochaete chrysosporium 由来セロビオヒドロラーゼ PcCel6A の構造と機能の解析2016

    • 著者名/発表者名
      立岡 美夏子、石田卓也、内山拓、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • 学会等名
      第66回日本木材学会大会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知・名古屋市)
    • 年月日
      2016-03-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] セルラーゼの機能改変を目指したランダム変異導入法とスクリーニング手法の開発2016

    • 著者名/発表者名
      立岡美夏子、杉本直久、中村彰彦、内山拓、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • 学会等名
      第11回バイオマス科学会議
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟・中央区)
    • 年月日
      2016-01-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 水素原子可視化を目指したセロビオヒドロラーゼCel6AのX線結晶構造解析2016

    • 著者名/発表者名
      立岡美夏子、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • 学会等名
      第30回セルラーゼ研究会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Crystallization of GH6 cellobiohydrolase in microgravity and structure determination at 0.80 Å resolution2015

    • 著者名/発表者名
      Mikako Tachioka, Akihiko Nakamura, Takuya Ishida, Koji Inaka, Yoshiki Higuchi, Masahiro Samejima and Kiyohiko Igarashi
    • 学会等名
      Gordon research conference
    • 発表場所
      ニューハンプシャー(米国)
    • 年月日
      2015-08-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 糖質加水分解酵素ファミリー6に属する担子菌由来セロビオヒドロラーゼの高分解能X線結晶構造解析2015

    • 著者名/発表者名
      立岡美夏子、中村彰彦、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩
    • 学会等名
      第29回セルラーゼ研究会
    • 発表場所
      横浜テクノタワーホテル(神奈川・横浜市)
    • 年月日
      2015-07-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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